科学仪器学科与技术进展的研究报告（八）
2.微流控技术与仪器
(1)近两年该领域国际上取得了重大突破与进展
微流控(microfluidics)技术是当前正在急速发展的高新技术和科技前沿领域之一，是未来生命科学、化学科学与信息科学发展的重要技术平台，受到高度重视。微流控技术是在微米尺度结构中操控纳升至皮升体积流体的技术与科学，在该尺度下大幅度增强的层流效应、表面张力效应、毛细效应、热传导效应及扩散效应等，使许多物理与化学过程显著加速。最能发挥这种优势的领域之一就是提供生命信息的微全分析系统。通过分析装备微型化、芯片化、集成化，使分析效率成百倍，千倍地提高，试样和试剂消耗下降为百分之一、千分之一，其最终目标是在芯片大小的空间实现化学实验室的全部功能-即所谓“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)。
最近，美国加州大学伯克利分校Mathies研究组在DNA测序的全部操作集成化方面取得了很大进展。所研制的由玻璃和硅橡胶加工的集成化微生化处理器实现了在纳升水平上的Sanger测序全部三个步骤，包括热循环、样品纯化和毛细管电泳分离。该系统仅用1 fmol DNA 模板(试剂和样品消耗较常规方法减少数百倍)以99%的准确度完成了556个连续碱基的测序。在此基础上，有可能发展出低价便携式的家用基因测序仪。
另一个值得高度重视的发展是美国斯坦福大学Quake研究组所报道的基于硅橡胶(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane, PDMS)微加工的高密度微流控芯片系统。该技术在2002年在Science上以封面论文发表之后，迅速得到多方广泛应用，已成为化学系统实现微型化的重要依托技术。目前，该技术已被应用于反转录酶聚合酶链反应、阵列反应，放射性标记物的多步化学合成以及高效率的蛋白质结晶及结晶条件的优化等重要领域。
(2)我国在该领域的国际学术地位
2001年国家基金委启动了题目为《微流控生化分析系统的基础研究》的重大研究项目。目前我国在微流控分析领域，研究成果总体上已达到国际先进水平，其中部分成果、包括：微流控芯片的研制与加工技术、微流控高通量连续进样方法、微流控电致化学发光系统、微流控固定化酶反应器在蛋白质分析中的应用、微流控单细胞分析、微流控荧光和吸光检测系统的微型化，以及纳米技术在微流控系统中的应用等在国际相关学术领域已具备一定领先优势。申请了百余项ZL，并研制了多种具备不同程度自主知识产权的微流控分析仪器、装置或样机，为相关仪器的产业化提供了有利基础。
至2005年底，我国大陆学者发表的SCI收录微流控论文数已达190篇，超过了微流控分析研究领域强国—日本的当年被收录数，而仅次于美国,位居世界第二。
微流控芯片具有良好的应用前景。
(八)电化学分析仪器
国际上以美国CH Instrument公司生产的CHI系列、美国Bio Analytical System公司生产的BAS系列、美国Princeton Applied Research生产的EG&G系列、荷兰Ecochemie的AutoLab系列，是电化学分析仪器的代表。在国内，电化学分析仪器生产厂家有七八个主要生产厂家。
1.电化学分析仪器的联用技术
分离分析联用的新技术是当前分析仪器发展的一个趋势。将电化学分析技术和其他分离分析手段联用，可以提供高灵敏度、响应快、寿命长、是动态在线检测手段。
联用技术包括高效液相色谱-电化学、光谱-电化学联(如表面等离子体共振、园二色谱、红外、紫外、拉曼等光谱技术)，可以实现方便、快速、现场、高灵敏度的分析。
2.电化学分析仪器微型化
微型化是现代分析仪器的重要发展趋势之一，微型化电化学仪器常是现场、原位、活体检测技术的基础。
国际上如加州理工学院的Barton研究小组，实现了基于DNA修饰电极的芯片检测仪器。该仪器可以实现DNA的灵敏、快速检测。利用该方法可以实现各类碱基错配的检测。
西安瑞迈分析仪器有限责任公司最近推出了MPI-M型微流控芯片电化学检测仪—电化学分析仪。该仪器依托于系统所拥有的多通道电化学分析数据采集与分析测试平台、微流控芯片多路高压电源控制部件，该仪器可应用于基于微流控芯片分析的电化学检测及联用的微流控芯片电化学分析等。
3.电化学分析仪器的发展趋势
研发高灵敏度、响应快、寿命长、微型化、可动态在线检测并经济适用、有自主知识产权的新型电化学分析仪器是发展的趋势，以满足环境、生命科学、能源、出入境检疫检验与食品安全等公共安全领域监测检测对常规仪器的需求。
(九)生命科学技术与仪器的新进展
随着生命科学的迅猛发展，国外许多生产分析仪器和生化仪器的厂家以及
一大批新生的生物技术企业都迅速扩展、开拓甚至转向从事生命科学仪器的开发和生产。实际上生命科学技术中所用的仪器既包涵上述八类科学仪器的一系列特定的应用，同时又依据生命科学技术的特需，出现一大批生命科学的专用仪器，包括生物样品的保存、培养、分离、杂交，基因的提取、纯化、扩增、合成、导入、重组，以及复杂的检测、观察和分析等等仪器设备，本文中不逐一概述了，仅以当今生命科学最热门的三大主题，概述生命科学技术与相关仪器的新进展。
1.基因测序和基因转录技术与仪器
50年前提出了DNA双螺旋结构以后，癌基因以及内切酶，逆转录酶等的相继发现使生命科学经历了一场空前的大革命。随着对基因的进一步认识，科学家不仅把这些知识应用到人类的健康，而且还延伸到与人类生存息息相关的农业，畜牧业等各个领域中去。目前的主要目标：一是基因治疗的研究;二是用于药物研究的动物模型开发和建立有用的细胞株;三是对农产品和畜牧业进行基因改造，创造高产、优质、高抗的新品种、对人体有益的健康食品。
(1)基因测序技术与仪器
科学家希望将来能够为病人提供根据他们自己的遗传特征“定制”的药物，这需要对病人的基因组进行测序。人类基因组的第一次测序用了10多年。一些新兴的生物技术公司，试图将时间缩短到24小时以内。基因组测序领域的先驱Craig Venter说：“我们的目标是只花费1,000美元，在几分钟或者几秒钟内完成一个基因组的测序”。美国政府给予了大力的资助(NIH给了8,000万美元的专项)，2006年10月初美国的民间基金会(X-prize)提出了1,000万美元的奖励。快速低成本人类全基因组测序技术正在全世界范围内高速发展，已经成为国际上一个竞争十分激烈的研究领域。例如美国454 生命科学公司已经研制出商品化的测序设备和试剂，能够对600kb的微生物基因组进行测序，准确率可达到99.99%。
双脱氧核苷酸链终止法(Sanger法)是目前使用最普遍的DNA序列分析技术。Sanger法最多可以测试约1,000个碱基的序列，这个限制主要是由于序列长度的增加会造成链终止的几何可能性减少。要想在几秒钟内对数以10亿的碱基对进行测序，需要完全不同的方法。为此，出现了很多的新技术和新仪器。
A)脉冲多线激发方法(PME， pulsed multilane excitation)
美国贝勒医学院(BCM)和莱斯大学研制出了一种“色盲”荧光检测方法，是基于Sanger法和毛细管电泳技术，叫做脉冲多线激发(PME)，利用4种激光，每种与一种特定的染料相配，利用整个可见光光谱，消除了染料间的交互问题，无需进行进一步的信号处理，能收集更多的信号，提高了DNA测序的灵敏度和精确度。
B)Solexa方法
Solexa公司利用单分子阵列测试genotyping，目的是重测序人类基因组。该公司相继推出了DNA测序表达谱产品(DNA sequencing ,expression profiling)以及microRNA分析平台-Solexa Genome Analysis System。
Solexa方法中，检测可以重复25次，可以同时检测上亿个核苷酸片断。
-
焦点事件
-
会议会展
-
精英视角
-
焦点事件
