什么是微流控芯片？它是如何发展起来的？

什么是微流控芯片？它是如何发展起来的？

1. 微流控技术基础概念

微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为微升、纳升甚至阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。该尺度下流体运动的典型特征是受表面力(表面张力、流体阻力)而非体积力(重力、惯性)主导。

因为具有微型化、集成化等特征,微流控装置通常被称为微流控芯片(microfluidic chip)或者芯片实验室（Lab-on-a-chip）。它是在一块几平方厘米甚至更小的芯片上构建微型实验室分析平台,把生物和化学等领域中涉及的样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上,由微通道形成网络,以可控流体贯穿整个系统,用以实现常规化学或生物实验室的各种功能,如快速、准确地实现对蛋白质、核酸、细胞以及其他特定目标对象的处理、检测和分析。

2. 微流控技术发展历程

微流控芯片的概念出自于上世纪90年代初,由A.Manz等人提出。世界范围内的研究始于90年代的中后期,其间的发展大体经历了三个阶段。

第一阶段（1990年-2000年）：

在整个90 年代，由于认识水平的局限,微流控芯片更多的被认为是一种分析化学平台，因此往往和“微全分析系统” (Micro Total Analysis System, u-TAS)概念混用。后来实践证明,微全分析系统只是微流控芯片中的一个类别，远不是它的全部。

第二阶段（2000 年-2006 年）：

学术界、产业界愈发清楚地意识到微流控芯片远超“微全分析系统"这一概念，是一种极其重要的平台。

比如，利用微流控芯片作为一种微发生器，可以在微流控芯片上开展组合化学反应用于分析诊断,或结合液滴技术,用于药物合成与筛选,或纳米粒子、微球、晶体等的高通量、大规模制备，形成一种“芯片上的化工厂或制药厂”。2003 年，Forbes 杂志将微流控技术评为影响人类未来 15 件最重要的发明之一。2004 年，Business2.0杂志将该技术称之为“改变未来的七种技术之一”。

第三阶段（2006 年至今）：

微流控技术广泛用于生物和化学领域的分析与检测，并在IVD、细胞分选、器官芯片等领域实现了商业化。

国内《微流控芯片实验室》等专著的出版,侧面展现了中国科学家在该领域的贡献。虽然我国在微流控分析方面的研究起步较国外晚了4-5年,但在多个相关的学科领域都具有足够的积累与优势。