微流控芯片: 国外新品频出 中国不该输在起跑线上
麻省理工学院的科学家研发出一种新型微流控芯片，可快速地从血液中分离白细胞，有望能整合到便携式诊断仪以直接分析败血症等血液疾病的炎症痕迹，从而解决发展中国家诊断设备缺少的困境。事实上，该机构的科学家早在2012年就研发出邮票大小的微芯片，当时的问题是，该芯片仅能从培养细胞而非血液中分离白细胞。
科学家将小体积的血液泵入新流控芯片中，可滤掉血小板和血红细胞以回收高纯度白细胞。具有应用价值的是，筛选的细胞因未受到损伤而保持功能完好，这有助于临床医生对白细胞进行准确计数，并利用筛选细胞进行遗传或临床试验。研究成果发表在《Scientific Reports》(科学报告)期刊上。
麻省理工学院机械工程副教授Rohit Karnik称：“对于回收的高纯度细胞来说，血液循环系统能重新接受该芯片处理的血细胞是其获得应用的关键。通过模拟实验我们验证了高纯度血细胞是有功能的，并且对机体的作用较为缓和。”
新流控芯片筛选白细胞
人体白细胞在正常情况下在血管中巡游以发现病原体痕迹，当机体发炎或感染时，血管内层细胞释放出特定的黏性分子以招募白细胞在感染区聚集。而这些黏性分子充当细胞招募者引导特定细胞流向机体应答部位，其中一个较为常见的是P-选择素。
研究人员在2012年首次制作出带有脊和槽的芯片，并在脊边处固定P-选择素。随着培养的血细胞泵入芯片中，黏性脊就能将白细胞吸附出，并释放到带有贮器的沟槽中。这一操作能够高通量回收特定细胞，不过令研究者意外的是，该沟槽还收集了不需要的混合液体，这使得芯片不能处理血液细胞。
为了让芯片适用于血液细胞，麻省理工学院的Karnik和Bose设计了不同芯片进行平行试验，他们把沟槽结构改进成极细的、对折的微流控管，接着将P-选择素固定在细管的一侧。新研制芯片首先检测了培养的2类血癌细胞(在测试血液细胞之前)，研究者利用视频记录了一类细胞从培养液中被抽提出，在进入附近管道前被吸附到固定P-选择素的细管中，并沿着该管流入独立的引流沟，最终汇聚在贮器中。
此外，Karnik和Bose还测试了筛选细胞和芯片细管的相互作用，并研发出一个基于细管角度和长度的数字模型以推算出最佳的细胞分选结构。Karnik称：“我们已获得细胞分离的动态图像，这应该有助于指导未来同类设备的研制。”
同类微流控芯片的研制
微流控芯片最初由瑞士Ciba-Geigy公司的A. Manz博士等于1990年提出，其能把生物领域内液体样本的分离和检测等基本操作集中到一块芯片上，有微通道形成网络，以控制流体贯穿整个系统，用于大规模、高通量地筛选特定的流体成分。
——Cellix公司的VenaT4™ 微流控芯片
Cellix公司推出的整套VenaFlux™ 微流控细胞分析平台提供了活细胞水平上微流控活性筛选的完整解决方案，适合于白细胞和癌症细胞等的迁移、侵袭和趋化性实验，能够对全血和个别血细胞(如白细胞)进行分析。
VenaFlux™ 系统是第一个能进行连续流体细胞分析的半自动化微流控分析系统。配合使用Cellix生物芯片和细胞分析软件，VenaFlux™ 系统可检测粘附到微毛细管上的细胞，微毛细管中覆盖抗体或者培养有内皮细胞，模拟生理流动产生一定的剪切力。VenaFlux™ 系统操作简单，可减少耗时耗钱的动物模型实验，获得特异性强，准确性高，重复性好的结果。
——凯利桥生物制药公司的CTCs微流控芯片
凯利桥生物制药公司研发出一种微流体生物芯片，可通过一种支柱状结构过滤掉血液中的其它细胞，仅仅保留下循环肿瘤细胞。由于循环肿瘤细胞比血液里的其它细胞更大、更硬，所以能被截留下来，而其它的细胞会被过滤出去。
该公司的总经理安德鲁•吴称：“我们必须在血液里找到足够多的循环肿瘤细胞才能开展研究”。据悉，在1毫升癌症患者的血液中，正常的细胞数量达几百万个，但循环肿瘤细胞可能不足10个。
——东京大学的糖尿病给药微流控芯片
东京大学研发出糖尿病给药的微流控芯片，该装置可模拟食物和口服药物流经人体时经历的过程，对药物筛选和化学药品风险评估等应用非常有用。
微流控给药芯片(另称为Jewel胰岛素泵)是利用Debiotech和 MEMS技术联合开发的，可安装在一次性皮肤贴布上，从而连续输注胰岛素。从工作原理上看，刺入皮肤的电化学葡萄糖传感器每5分钟检测血糖水平，并根据血糖水平释放驱动信号以推动马达注射器。
微流控芯片技术的产业化前景如何?是否已有商品化产品出现?
中国科学院大连化物所林炳承教授：目前困扰科学家的一个问题是，微流控芯片系统至今为止还没有拿出一个能够让大家为之一振的“有杀伤力”的，也就是说其他手段无法替代的应用成果，国外称之为Killer Application。目前，全球许多实验室，包括我们在内的，都在为此努力的工作。我相信，Killer Application迟早是会出现的。现在在某些领域，譬如细胞培养和分析方面，微流控芯片的独到性已经有所反映。
但是，我们不能等到Killer Application出现以后再进入这一领域，一名优秀的科研工作者必须要尽可能多地参与一项研究的发展进程。如果中国科学家不能积极、主动地参与微流控芯片平台的发展过程，那么若干年后，相当一批芯片仪器就不得不从国外进口，而我们所能做的只是用买来的国外商品仪器做一些零零星星的应用工作。中国在很多高端分析仪器上吃亏，就是因为这个问题，这不能不说是我们的一个悲哀。目前，在微纳米技术领域，微流控芯片是我国和国外差距比较小的一个分支，如果能够有更多的人参与进来，特别是如果能有相关企业投入到这一领域，最终将极大推动这一平台研究的产业化进程。
据我所知，加拿大和日本已有个别通用性实验室用产品出现，但是价格普遍昂贵。像一块简单的玻璃芯片大概要200美金，一套带UV检测的工作站要卖3万欧元左右。而且，日本的产品还不卖给中国人，只销往欧美地区。此外，安捷伦公司2004年也首次拿出了芯片LC-MS的构思，虽然还不是很成熟，但从中我们可以看到微流控芯片已经进入到了实质性的商品开发阶段。
就我们实验室而言，目前我们开发的芯片和芯片工作站大体已到了准商品化阶段，香港大学已经订购了我们的一套系统。作为一家中科院的科研机构，搞产业化确实不是我们的长处，但我们也试图在这方面进行一些探索，我们最终的目标是希望广大的中国用户都能够用得起中国人自己的产品。如果说微流控芯片作为临床诊断的一种工具，距离最终进入医疗机构可能还有一段路要走的话，但它作为一种通用性平台被广泛应用在大专院校和科研机构的生物实验室也就是未来几年的事情。微流控芯片最终的出口应当是在超市，一旦达到民用化程度，其市场潜力将是不可限量的。
我个人认为，微流控芯片实验室已经到了产业化的前夕，我希望有远见的企业家尽快介入到这一技术的发展过程中来，大家同舟共济，一起滚打几年，一起来改进技术，培育市场，共同发展。某种意义上说，这也是一种机会，等市场完全成熟了再介入进来可能就太晚了一些。
