微流控晶片五大優點及四大缺點分析

　　微流控的五大優點

　　（一）集成小型化與自動化

　　微流控技術能夠把樣本檢測的多個步驟集中在一張小小的晶片上，通過流道的尺寸和曲度、微閥門、腔體設計的搭配組合來集成這些操作步康，最終使整個檢測集成小型化和自動化。

　　（二）高通量

　　由於微流控可以設計成為多流道，通過微流道網絡可以同時將待檢測樣本分流到多個反應單位，同時反應單元之間相互隔離，使各個反應互不相干擾，因此可以根據需要對同一個樣本平行進行多個項目的檢測。與常規逐個項目檢測相比，大大縮短了檢測的時間，提高了檢測效率，具有高通量的特點。

　　（三）檢測試劑消耗少

　　由於集成檢測的小型化，使微流控晶片上的反應單元腔體非常小，雖然試劑配方的濃度可能有一定比例的提高，但是試劑使用量遠遠低於常規試劑，大大降低了試劑的消耗量。

　　（四）樣本量需求少

　　由於只在小小的晶片上完成檢測，因此需要被檢測的樣本量需求非常少，往往只需要微升甚至納升級別。此外還可以直接用全血進行檢測，對於嬰兒、老人、殘疾人這些血量少、靜脈採集困難的人群，使其檢測更加方便;或者是非常珍貴稀少的樣本，使其多項指標檢測成為可能。

　　（五）汙染少

　　由於微流控晶片的集成功能，原先在實驗室裡需要人工完成的各項操作全部集成到晶片上自動完成，使人工操作時樣本對環境的汙染降低到最低程度。例如在分子核酸類檢測中，無論是樣本本身，還是製備後準備用於檢測的核酸，均會對實驗室造成汙染，氣溶膠的擴散使得後續樣本檢測容易出現假陽性。這也是為什麼常規分子核酸類檢測需要至少在3個房間分別進行不同的操作。微流控技術的使用很好的解決了這一問題。

　　正因為微流控具有以上幾個重要的優勢和優點，使其成為了POCT的首選。而我們判斷這類產品在市場上有沒有需求和競爭力，可以從這幾個方面上進行判斷。

　　微流控的四大缺點

　　（一）核心技術缺乏規範和標準

　　一個成熟的微流控產品，往往需要配套使用的試劑，核心的微流控晶片，晶片驅動平臺，光電檢測模塊，信號處理模塊以及人機互動的軟體系統等等組件。對於一個成熟的產業鏈而言，一個複雜的產品的不同組件是由不同公司大規模的生產，然後有某個掌握一個或者幾個核心技術的公司組裝而成。這裡最典型的代表就是智慧型手機。資金雄厚如蘋果公司，也沒法把諸如CPU，內存，屏幕等等所有組件的產業線全部掌握在自己手上。但是在微流控的產業化中，由於這個技術還不太成熟，產品缺乏相應的標準化和規範化，目前還沒法實現組件的通用化。這樣也就沒法形成上下遊公司合作式的開發一個產品的模式。而微流控產品本身就是結合微機電加工、生命科學、化學合成、光學工程及電子工程等許多領域學科的新產品，技術要求高，開發周期較長。這也導致了，像諸如GeneXpert PCR分析儀這樣的具有突破性進展的產品，由於前期高昂的研發費用，到現在也沒能實現真正的盈利。

　　（二）相關人才嚴重不足

　　多學科交叉人才、企業研發人員、專業化市場人員嚴重不足;國內晶片人才特別是在企業從事產品開發的晶片技術人員極為缺乏。

　　（三）目前生產成本高昂

　　對於微流控免疫分析晶片來說，其面臨的最大問題是分析晶片都是一次性使用，不能充分發揮微流控分析平臺可多次使用的優點，導致檢測成本升高，在目前加工條件下，一塊供研究用的標準玻璃晶片價值可能在幾十到上百美元之間。

　　（四）技術平臺的難題

　　比如抗體的固定。非均相免疫分析是將抗原或抗體固定在固相載體表面，通過特異性免疫反應，將所需的抗體或抗原結合在固相載體表面形成抗原抗體複合物，通過簡單的清洗即可實現抗原抗體複合物與游離抗原抗體的分離。因此，如何將抗體固定在微通道的表面成為非均相微流控免疫分析晶片的一個關鍵問題。有很多方法可以將抗體固定在通道表面，包括通道壁對抗體的直接吸附、共價結合在基底面形成活性功能基團、微接觸印刷等技術。抗體等生物分子可以通過疏水作用直接吸附在疏水性微通道的表面，但是可能引起抗體的構相改變而導致活性降低。同時對微通道表面的封閉是非常重要的，通過封閉限制蛋白和小分子物質的非特異結合，這些非特異結合會影響分析效率。蛋白質的非特異性結合和抗體的變性使免疫分析的靈敏度大大降低，因此對於微流控免疫分析晶片系統，採用合理的方法交聯抗體顯得非常重要。

　　另外，微流控晶片與外圍設備如自動分析、顯示設備等的集成化也是需要重點攻克的難題。微流控晶片是註定要被深度產業化的科學技術。這種判斷首先當然是源於需求的不可逆轉，需求加劇，進程加快;另一方面，則是基於對這-科學技術在一些重大領域不可替代性的認識，而這種認識只是在最近的若千年內才被人們所逐步接受。它很可能發展成為當今產業轉型的一種模式，對以生物經濟為代表的新型經濟產生重要影響。例如未來幾年內，如果將微流控晶片與「生物手機」、 「網際網路+」進一步結合，這樣一個由一種新興技術引發的可能具有全局性影響的趨勢，是否能夠因此誕生一批「風口」行業值得大家期待。

　　四種微流控晶片材料的優缺點分析

　　1、矽材料

　　優點：

　　·具有良好的化學惰性和熱穩定性

　　·良好的光潔度，加工工藝成熟

　　·可用於製作聚合物晶片的模具等（汶顥股份提供矽片注塑模具、PDMS注塑模具等晶片注塑模具）

　　缺點：

　　·易碎，價格貴

　　·不能透過紫外光

　　·電絕緣性能不夠好

　　·表面化學行為較複雜

　　2、玻璃石英材料

　　優點：

　　·很好的電滲性質和光學性質

　　·有利於化學方法進行表面改性

　　·可用光刻和蝕刻技術進行加工

　　缺點：

　　·難以得到深寬比大的通道

　　·加工成本較高

　　·封接難度較大

　　3、有機高分子聚合物材料（PMMA等）

　　優點：

　　·成本低，品種多樣，價格低廉適合大量生產

　　·可通過可見光與紫外光

　　·可用化學方法進行表面改性

　　·易加工得到寬深比大的通道

　　缺點：

　　·不耐高溫

　　·導熱係數低

　　·表面改性的方法尚不夠成熟

　　4、紙質晶片材料

　　優點：

　　·較矽、玻璃等材質，紙的成本低

　　·無需模板，結構設計不受約束

　　·分析系統易微型化、便攜化。無需外置驅動泵，紙張可摺疊，易保存和運輸

　　·生物兼容性好。濾紙主要成本為纖維素，可固定酶、蛋白質和DNA等生物大分子

　　·檢測背景低。紙張通常是白色，有利於在紙晶片上開展比色分析

　　·後處理簡單，無汙染，可通過簡單安全的燃燒方式進行處理

　　缺點：

　　·樣本殘留在紙通道中和樣品在運輸過程中的蒸發導致樣品利用率降低。

　　·對於一些具有低表面張力的樣本，疏水區不一定有足夠的疏水性，樣本可能會發生滲漏。

　　·結合傳統的比色法，對於太低濃度的樣本分析紙晶片無法檢測。

　　微流控晶片材料選型原則

　　①晶片材料與晶片實驗室的工作介質之間要有良好的化學和生物相容性，不發生反應；

　　②晶片材料應有很好的電絕緣性和散熱性；

　　③晶片材料應具有良好的可修飾性，可產生電滲流或固載生物大分子；

　　④晶片材料應具有良好的光學性能，對檢測信號幹擾小或無幹擾；

　　⑤晶片的製作工藝簡單，材料及製作成本低廉。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴