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2016年44卷4期

特别策划
小芯片大世界——写在第十届全国微全分析系统学术会议的前面
2016, 44(4): 489-490.
[摘要](136) [FullText PDF](0)
摘要:
评述与进展
微流控芯片的研究及产业化
林炳承
2016, 44(4): 491-499. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160131
[摘要](223) [FullText PDF](0)
摘要:
以大连研究团队的近期工作为基础,结合2015年末召开的"深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会"内容,扼要阐述作者对近期微流控芯片的研究及产业化的基本看法。鉴于微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,本文重点介绍了微流控芯片在现代生物化学分析、即时诊断、材料筛选-材料合成以及组织-器官仿生等4个应用领域的研究趋势,讨论了3D打印技术的崛起对微流控芯片的影响和挑战,阐述了微流控芯片作为当代极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域,在全球范围内产业化的发展势头。全文引用文献69篇。
从2015年国际微全分析系统会议看当前微流控芯片领域的研究热点和发展趋势
刘雯雯 , 马妍 , 魏岩 , 潘建章 , 祝莹 , 方群
2016, 44(4): 500-511. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160111
[摘要](229) [FullText PDF](0)
摘要:
本文根据2015年国际微全分析系统会议上的报告内容,分别从微流控芯片技术发展和应用角度,讨论了当前微流控芯片领域发展的热点和趋势。
数字核酸扩增检测技术的研究与应用进展
丁雄 , 牟颖
2016, 44(4): 512-521. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160120
[摘要](203) [FullText PDF](0)
摘要:
近年来,微纳尺度流体控制技术由于具备实现多相、多步和平行反应的优势,已成为传统分析手段的首选的补充和替代方法。其与核酸扩增方法的完美结合,有效推动了数字核酸扩增检测(Digital nucleic acid detection,dNAD)技术的建立与发展。作为可实现单分子水平检测的分析方法,dNAD技术已成为分子诊断领域重要的组成部分。本文回顾了dNAD技术的发展历程,阐述了其检测原理,以及相比于传统方法的优势,对其最新研究与应用进展进行了综述,并对其未来的发展进行了展望。
微流控技术应用于细胞分析的研究进展
庄琪琛 , 宁芮之 , 麻远 , 林金明
2016, 44(4): 522-532. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160003
[摘要](363) [FullText PDF](0)
摘要:
微流控技术由于其固有的优势已发展成为细胞分析中一个强有力的工具。本文从微流控芯片上的细胞培养、细胞微环境的模拟和控制、单细胞分析、芯片器官以及微流控芯片与质谱联用技术等方面对微流控技术在细胞分析研究中的应用进展进行了介绍,并对这一技术的发展前景进行了总结和展望,希望能为相关研究的开展提供启发。
器官芯片及其应用
孙威 , 陈雨晴 , 罗国安 , 张敏 , 章弘扬 , 王月荣 , 胡坪
2016, 44(4): 533-541. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150857
[摘要](471) [FullText PDF](0)
摘要:
微流控芯片是细胞体外培养的重要平台,基于该平台所发展的器官芯片技术更因其能够模拟人体器官的复杂结构及功能而受到重视。本文从不同器官的角度介绍了近年来器官芯片技术在构建人体生理学模型、药物研发及毒理学研究中的应用,并对器官芯片技术的发展前景进行了展望。
微流控PCR芯片的研究进展
何启迪 , 黄丹萍 , 黄冠 , 陈缵光
2016, 44(4): 542-550. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160058
[摘要](201) [FullText PDF](0)
摘要:
基因是人类的遗传密码,人类个体之间只有万分之一的基因不相同,却导致了人与人之间丰富的差异。了解这种差异对于科学研究具有巨大的应用价值。PCR是基因研究中常用的手段之一,但传统PCR仪存在反应时间长、能量消耗大、不便于集成与携带等缺陷,微流控技术与PCR结合可以有效缩小反应体系,提高反应效率,且易于集成化与微型化。本文按照微流控PCR芯片的结构分类,详细介绍了微池型、连续流动型PCR芯片,以及电泳、荧光、电化学和DNA杂交阵列等检测方法,并在最后进行了总结与展望。
3D打印微流控芯片技术研究进展
范一强 , 王玫 , 张亚军
2016, 44(4): 551-561. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160119
[摘要](140) [FullText PDF](0)
摘要:
近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势。然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用。近年来随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片。相比于传统的微加工技术,3D打印微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势。本文针对近年来国内外在3D打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用,并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望。
液滴微流控技术在生物医学中的应用进展
闫嘉航 , 赵磊 , 申少斐 , 马超 , 王进义
2016, 44(4): 562-568. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160144
[摘要](212) [FullText PDF](0)
摘要:
液滴微流控是微流控芯片领域的一个重要分支,由于其诸多独特优势而得到了广泛的应用与研究。本文将概述液滴微流控的特点和基本原理,同时对近年来其在生物医学中的应用进行了简要综述,并展望了液滴微流控技术的发展前景。
DNA片段分选微流控芯片发展现状
李哲煜 , 孙凯 , 张笑颜 , 刘绍琴 , 江雷 , 任南琪
2016, 44(4): 569-578. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150589
[摘要](159) [FullText PDF](0)
摘要:
新一代测序速度越来越快,费用不断降低,但整个流程中还有不少瓶颈。最耗时且影响测序准确度和重复性的环节之一,就是在文库制备过程中,对打断的大量基因组DNA片段进行基于传统凝胶电泳的手工操作筛选。近几年市场上出现了几种目标片段自动分选仪器,并迅速被多家国际知名测序中心引入测试,从而引起了广泛关注。本文评述了DNA片段分选发展经历,包括凝胶电泳、毛细管电泳、特别是微流控芯片在分选精度和通量上的不断提升,并简要论述了DNA分选目前尚存在的问题。
研究报告
多层纸芯片乳腺癌组织微阵列用于抗肿瘤药物测试
刘未平 , 林锦琼 , 杜燕 , 齐明月 , 梁广铁 , 杨娜 , 刘大渔
2016, 44(4): 579-585. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.151025
[摘要](158) [FullText PDF](0)
摘要:
开发了一种多层纸芯片细胞培养平台,将乳腺癌细胞分别接种于多层的图形化纸芯片的亲水区,折叠后构建了仿真实体肿瘤。多层纸芯片覆以微孔薄膜,用以仿真血管内皮层。培养不同时间后,拆解多层纸芯片检测乳腺癌组织内各层面的细胞形态、存活率、细胞周期分布以及细胞内乳酸含量。实验结果显示,各层纸芯片培养的乳腺癌细胞存活率均高于80%,并形成了类组织结构。芯片乳腺癌组织内部呈酸化倾向,且酸化程度随着培养时间的延长而升高。与二维(2D)培养细胞相比较,纸芯片乳腺癌组织内细胞增殖比例显著降低(15% vs 60%)。多层纸芯片乳腺癌组织显示了更接近体内情况的药物反应机制,细胞存活率随阿霉素浓度升高呈现缓慢下降趋势,IC50值显著高于2D培养细胞组(5.0μmol/L vs 1.144μmol/L)。这种多层纸芯片乳腺癌组织微阵列构建简便、仿真度高,有望成为抗肿瘤药物反应测试的有力工具。
基于智能手机的纸微流控电化学农药检测芯片的研究
杨文韬 , 张琳 , 刘宏 , 顾忠泽
2016, 44(4): 586-590. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160135
[摘要](181) [FullText PDF](0)
摘要:
纸质微流控装置的出现为低成本化学分析提供了一种简单而实用的平台。本研究开发了一种基于浓差电池原理的新型电化学检测纸质芯片,通过智能手机的辅助实现了农药的检测。检测芯片由色谱纸喷蜡打印制作而成。加入样品与芯片上的预加试剂反应5 min,然后将丝网印刷的电极层置于芯片上,利用模具的重力作用使电极层与纸芯片的两极紧密接触,再通过智能手机的USB读取装置获取芯片的电位,并由电位-农药浓度关系得到检测结果。使用此芯片实现了农药敌百虫(三氯磷酸酯)的快速、简便、可自供电的电化学定量检测,检出限为0.89μmol/L。
阵列纸芯片比色法检测碱性磷酸酶
陈熙 , 陈锦 , 张慧妍 , 汪付兵 , 王方方 , 吉邢虎 , 何治柯
2016, 44(4): 591-596. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160140
[摘要](217) [FullText PDF](0)
摘要:
采用5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸盐(BCIP)/氯化硝基四氮唑蓝(NBT)显色体系,构建了阵列纸芯片比色检测碱性磷酸酶(ALP)的方法。首先,借助烘干处理方式在光刻法制备的阵列纸芯片微孔中固定显色试剂,然后加入ALP进行显色反应,最后,采用凝胶成像仪和普通照相机成像,读取显色强度(灰度值)进行比色检测。详细考察了显色条件对检测结果的影响,探讨了人血清白蛋白对ALP检测的增色效应,在最佳实验条件下,ALP检测的线性范围为1.5~20 U/L,检出限(3σ)为0.78 U/L(n=18),比文献报道中纸芯片上检测ALP方法的检出限低约两个数量级。本方法成功用于实际血清样品检测,测定结果与临床值一致。在此基础上,构建了双色阵列纸芯片,通过颜色的变化实现了ALP的可视化半定量检测。
在线测定秦皮甲素和秦皮乙素水解反应速率常数的扫集-流动注射-芯片毛细管胶束电动色谱方法
朱华东 , 陈永雷 , 陈宏丽 , 陈兴国
2016, 44(4): 597-603. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160142
[摘要](171) [FullText PDF](0)
摘要:
建立了在线测定秦皮甲素和秦皮乙素水解反应速率常数的扫集-流动注射-胶束电动色谱新方法。该方法进样频率为12次/h,可在5 min内完全分离反应体系中的所有组分,30 min即可完成一个温度下的反应速率常数测定。由于该在线测定方法不需要终止水解反应,通过一次连续进样分析得到水解反应过程电泳谱图,从而可以获得水解反应过程中的一些信息。在最佳条件时,用0.1 mol/L KOH为催化剂,测得25,30,35,40和45℃时秦皮甲素的水解反应速率常数分别为3.65×10-2/min、5.24×10-2/min、7.12×10-2/min、10.5×10-2/min和16.3×10-2/min,活化能为58.57 kJ/mol。用10 mmol/L KOH为催化剂,测得15,20,25,30和35℃时秦皮乙素的水解反应速率常数分别为2.26×10-2/min,2.85×10-2/min,3.55×10-2/min,4.38×10-2/min和5.29×10-2/min,活化能为31.55 kJ/mol。
基于阵列微流控细胞芯片的植物组分抗氧化活性分析
张潇丹 , 徐溢 , 张涛 , 吕君江
2016, 44(4): 604-609. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150596
[摘要](164) [FullText PDF](0)
摘要:
设计并制作了一种集成有8个重复6×6细胞培养单元的阵列微流控细胞芯片,以实现细胞培养和系列植物组分的细胞抗氧化活性(Cellular antioxidant activity,CAA)分析。芯片主要包含聚二甲基硅烷盖片、288个圆形培养腔体,48个独立平行通道的玻璃基底层,一次可完成8个样本的6个浓度筛选,并可在酶标仪上实现测试。槲皮素、芦丁和山奈酚等植物组分与芯片上培养的细胞作用24 h,细胞存活率大于90%。以芯片上培养的人肝癌细胞HepG2为细胞载体,以2',7'-二氯荧光素-乙酰乙酸酯(2',7'-Dichlorofluorescin diacetate,DCFH-DA)为荧光探针,采用2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride,ABAP)为细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)引发剂,测得槲皮素、芦丁、山奈酚等植物组分的CAA unit分别为71.42±0.19、74.31±0.36和69.92±0.09(x±s,n=3),IC50分别为(7.20±0.06) μmol/L,(52.06±0.14) μmol/L,(32.55±0.03) μmol/L(x±s,n=3)。
基于微流控芯片的尿路感染细菌鉴定及抗生素敏感性测试
齐明月 , 杜燕 , 刘未平 , 陈斌 , 梁广铁 , 徐邦牢 , 刘大渔
2016, 44(4): 610-616. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160035
[摘要](153) [FullText PDF](1)
摘要:
发展了一种微流控芯片纸基细菌分析技术,用于多重细菌鉴定与抗生素敏感性测试。制备了阵列培养池芯片,以滤纸作为衬底固定显色培养基和抗生素。利用PVDF疏水薄膜止流阀,将尿液样品引入芯片并分隔于不同培养池。借助于培养池阵列的空间分辨力,实现多重细菌分析。根据特异性显色结果实现细菌鉴定,通过实时显色强度分析实现细菌定量,依据抑制显色反应的最低抗生素浓度确定抗生素敏感性。以3种泌尿系统感染常见病原菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌)为模拟测试对象进行分析,结果表明,芯片方法可以在18 h内实现对3种细菌的同时鉴定及6种抗生素敏感性测试。对照实验显示,芯片法与传统方法细菌鉴定和抗生素敏感性测试结果一致性分别为94.1%和93.9%。本研究建立的微流控芯片细菌分析方法简便快速,非常适合于医疗资源匮乏条件下的细菌分析。
利用芯片式高场非对称波形离子迁移谱技术快速检测苯丙氨酸
郭大鹏 , 汪永欢 , 徐天白 , 张媛 , 李灵锋 , 陈金凯 , 汪小知 , 李鹏 , 骆季奎
2016, 44(4): 617-624. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150708
[摘要](168) [FullText PDF](0)
摘要:
采用金属扩散管-芯片式高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术对苯丙氨酸进行了快速检测,设定测试压强为250 kPa,金属扩散管温度为190℃,在优化的最佳分析条件下,即:载气流速为2000 mL/min,分离电压为152.8 V时,在正模式下获得了苯丙氨酸的离子特征谱图和补偿电压特征值-0.62 V。另外,利用FAIMS对不同浓度的苯丙氨酸样品气进行了检测,确定了FAIMS检测的定量线性范围为6~20 mg/L和检出限为5.9 mg/L。本实验为FAIMS应用于苯丙氨酸的快速检测提供了重要参考。
基于间接竞争原理的流式微球技术快速检测麦芽中赭曲霉毒素A
肖昌彬 , 刘秋桃 , 豆小文 , 杨美华 , 孔维军 , 万丽
2016, 44(4): 625-632. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.151007
[摘要](141) [FullText PDF](0)
摘要:
建立了一种快速、灵敏检测中药麦芽中赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)含量的间接竞争流式微球方法。麦芽样品经60%甲醇/PBS提取,加入20%甲醇/PBS溶液稀释5倍后,离心取上清液制备样品。在编码荧光微球上偶联牛血清白蛋白-OTA(BSA-OTA)复合物,与样品中OTA竞争结合抗OTA特异性抗体,然后加入FITC-IgG孵育,离心洗涤后,用流式细胞仪检测微球表面的平均荧光强度,实现样品中OTA的准确定性定量测定。本方法检测OTA的半数抑制浓度IC50为1.20 ng/mL,相关系数R2=0.9892,检出限(IC10)为0.12 ng/mL,加样回收率为93.9%-97.4%,RSD<3.6%。16份实际麦芽样品中检测到2个阳性样品,OTA的最高含量为3.83μg/kg,未超出欧盟的OTA限量标准,与液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)法检测结果相一致。本方法简单、快速、灵敏、可靠,可拓展用于其它复杂基质中多种真菌毒素的定性与定量检测。
快速检测心型脂肪酸结合蛋白的荧光免疫微流体测试卡
孟凡达 , 霍卫松 , 贺美琳 , 李昊 , 廉洁 , 石西增 , 高云华
2016, 44(4): 633-639. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160045
[摘要](215) [FullText PDF](0)
摘要:
研制出一种以时间分辨荧光微球作为标记,自驱动快速检测H-FABP的荧光免疫微流体测试卡。利用激光切割法在双面胶上简便、快速地切割出所设计的微通道结构,并采用激光切割法制作出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)测试卡底板及上盖。使用提拉涂膜的方法在PMMA底板表面修饰马来酸酐官能团,有效地解决了捕获抗体在PMMA表面的固定问题。使用等离子体处理测试卡上盖改善其亲水性,使液体能够在微通道内自行流动。使用此测试卡可以实现对心型脂肪酸结合蛋白(H-FABP)的快速检测,线性检测范围为0.5~100 ng/mL,检出限为0.1 ng/mL(S/N=3),检测时间少于10 min,批内相对标准偏差(RSD)<10%,批间RSD<15%。本方法具有灵敏度高、检测时间短、结果准确等优点,可以满足临床检测的需求,具有良好的应用前景。
液相芯片技术同时检测莱克多巴胺、盐酸克伦特罗和沙丁胺醇
梁世正 , 潘家荣 , 张弛 , 冯涛 , 傅丽丽
2016, 44(4): 640-646. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150172
[摘要](146) [FullText PDF](0)
摘要:
建立了一种同时检测兽药莱克多巴胺(RAC)、克伦特罗(CL)、沙丁胺醇(SAL)的多残留的新方法。采用液相悬浮芯片技术,基于间接竞争法的原理,将3种兽药抗原分别偶联到不同的荧光微球上作为探针,以藻红蛋白(PE)荧光标记二抗为信号,通过优化实验条件,分别建立3种兽药的标准曲线。基于特异性识别实验,建立3种兽药同时检测的标准曲线。结果表明,同时检测的3条曲线均呈现良好的线性相关,线性相关系数(R2)均大于0.99,RAC,CL和SAL的检测范围分别为1-500μg/L,0.1-500μg/L,1-100μg/L,检出限分别为0.68,0.095和0.88μg/L。与其它结构类似物的交叉反应率均低于1.5%,实际样品中的加标回收率令人满意。
基于微流控芯片的磁性没食子酸丙酯分子印迹聚合物的制备及应用
江丹丹 , 宋乃忠 , 王皓 , 贾琼
2016, 44(4): 647-653. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.160081
[摘要](135) [FullText PDF](0)
摘要:
以3-(甲基丙烯酸酰氧)丙基三甲氧基硅烷修饰的Fe3O4为载体,没食子酸丙酯为模板分子,采用表面印迹技术制备了核壳结构的磁性没食子酸丙酯分子印迹聚合物(Fe3O4@SiO2-MIPS),并将该磁性分子印迹聚合物作为吸附剂引入到微流控芯片中,与HPLC联用,实现对痕量酚类抗氧化剂的分离富集。采用扫描电镜、磁滞回线、热重分析、红外光谱及X射线衍射对该磁性分子印迹聚合物表征。在最佳萃取条件下(样品体积3 mL,样品溶液pH=5.0,样品流速为0.5 mL/min,洗脱液流速为0.3 mL/min),该聚合物对酚类抗氧化剂具有较强的富集作用。3种酚类抗氧化剂在10-5000 ng/mL范围内呈现良好的线性关系,线性相关系数均大于0.9901,日内和日间相对标准偏差(n=5)分别低于2.8%和3.5%。将本方法用于化妆水中酚类抗氧化剂的分析检测,加标回收率在87.9%-104.0%之间,相对标准偏差(n=3)小于3.7%。
非图案化法制备柔性连续葡萄糖监测传感器
陈玮 , 陈裕泉
2016, 44(4): 654-659. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150542
[摘要](155) [FullText PDF](1)
摘要:
以聚多巴胺作为前驱体,在聚酰亚胺薄膜表面化学沉积一层牢固致密的金层,以该镀金薄膜两面的金层作为基体电极,在其中一面镀铂黑作为参比-对电极,在另一面依次电沉积铂黑层、电泳形成Nafion/碳纳米管网络层、电吸引形成葡萄糖氧化酶层构成工作电极,并整体涂覆聚氨酯外膜,制备了一种柔性葡萄糖传感器。考察了此传感器对葡萄糖的检测性能,以及各层表面形态结构对传感器性能的影响。传感器在0.3 V的工作电位下对葡萄糖的线性响应范围是2.0~32.0 mmol/L,响应灵敏度为25μA·(mmol/L)-1·cm-2,检出限为0.05 mmol/L(S/N=3),且传感器有良好的长期稳定性和抗干扰性,可用于皮下连续血糖监测。
仪器装置与实验技术
基于斜光刻技术的SU-8胶三维微阵列结构制备
李刚 , 李大维 , 赵清华 , 菅傲群 , 王开鹰 , 胡杰 , 桑胜波 , 程再军 , 孙伟
2016, 44(4): 660-664. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.150967
[摘要](261) [FullText PDF](0)
摘要:
利用斜光刻技术替代传统的直光刻技术在相同底面积的基础上增大微阵列比表面积制备了高比表面积三维微阵列结构,。首先,利用MATLAB仿真对微阵列排布方式进行分析,确定最佳单个柱体宽度及阵列间距。实验中,采用两次甩胶法将SU-8光刻胶均匀旋涂在2寸硅基底上,甩胶转速设为1500 r/min,旋涂时间设为35 s;分别置于65℃烘台上保持20 min和95℃烘台上保持70 min进行两次前烘处理;随后进行双向斜曝光,微柱宽度为20μm,阵列间距为30μm,光刻角度为20°。最后,再通过高低温后烘处理并显影30 min成功制备出了结构稳定的"X"型三维微阵列结构。
NEWS
新型微流控芯片上鼠伤寒沙门氏菌的免疫捕获与原位荧光检测
2016, 44(4): 665-665.
[摘要](114) [FullText PDF](0)
摘要:
基于距离的微流控即时检测新方法
2016, 44(4): 666-666.
[摘要](97) [FullText PDF](0)
摘要:
微流控芯片上细胞相互作用及质谱联用分析方法研究
2016, 44(4): 667-667.
[摘要](150) [FullText PDF](0)
摘要:
单细胞化学蛋白质组新方法研究
2016, 44(4): 668-669.
[摘要](93) [FullText PDF](0)
摘要: