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芯片实验室介绍及其发展趋势芯片实验室（lab-on-a-chip）或称微全分析系统（micro total analysis system，μ-TAS）是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单位，集成或基本集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。
它是通过分析化学、微机电加工（MEMS）、计算机、电子学、材料科学与生物医学和工程学等多学科交叉来实现从样品处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化这一目标。
芯片实验室将在未来的发展中对分析科学乃至整个科学技术以及相关的产业界产生巨大的影响。
2004年9月的美国Business杂志封面文章将芯片实验室称之为“改变人类未来的七种技术”之一。
一、芯片实验室的要素与基本特点（一）芯片实验室的要素按照目前的理解，功能化芯片实验室大体包括三个部分：芯片、含驱动源和信号检测处理装置的分析仪、包含有实现芯片功能化方法和材料的试剂盒。
芯片本身涉及两个方面：一是尺寸，二是材料。
现有典型的芯片约为几平方厘米，可用于芯片的材料最常见的为玻璃，石英和各种高分子聚合物。
样品和试剂的充分接触、反应或分离，必须有外力，这种外力一般为电场力、正压力、负压力或微管虹吸原理产生的力。
常采用高压电源产生电场力或泵产生正、负压力作为驱动源。
芯片内产生的信号需要被检测，目前最常用的检测手段是激光诱导荧光，此外，还有电化学、质谱、紫外、化学发光和传感器等。
功能化试剂盒是各种专一性芯片实验室的特征性组成部分。
针对不同的应用对象，需要有不同的试剂盒。
如果说仪器和芯片是芯片实验室硬件的话，那么对于不同的应用对象而言，则需要有千变万化的包含在试剂盒里由方法和材料组成的“软件”，三者共同构成了一个完整的芯片实验室。
（二）芯片实验室的基本特点芯片实验室有以下特点：①集成性：目前重要的趋势是集成的单元部件越来越多，且集成规模也越来越大，所涉及的部件包括：进样及样品处理有关的透析、膜、固相萃取、净化；用于流体控制的微阀（包括主动阀和被动阀），微泵（包括机械泵和非机械泵）；微混合器，微反应器，当然还有微通道和微检测器等。
微流控芯片是一种利用微型流体系统进行流体控制和分析的微型化芯片。
它将传统的实验室分析设备缩小到微型芯片上，实现了微型化、高效化和低成本化。
微流控芯片的研究和应用已经在生物医学领域、环境监测领域、食品安全领域等方面取得了广泛的应用和成果。
国家自然科学基金是我国科学技术部设立的促进基础研究的重要资助项目，它旨在支持那些有潜力和创新性的基础科学研究项目。
国家自然科学基金的资助对于微流控芯片的研究和应用具有重要的意义。
1. 微流控芯片的技术原理微流控芯片主要利用微流控技术和微制造技术，实现微型流体系统的控制和分析。
它通常包括微流道、微阀、微泵、微反应室等组成部分，通过微小体积的导液系统实现对微流体的控制和操作。
微流控芯片的基本原理是利用微米级管道和微器件对微流体进行快速和精确的控制，实现微流体的混合、分离、检测和分析。
2. 微流控芯片的广泛应用微流控芯片已经在多个领域取得了广泛的应用。
在生物医学领域，微流控芯片可以用于细胞分选、蛋白质分析、基因检测等方面，可以实现对微生物、细胞和分子的精确操控和分析。
在环境监测领域，微流控芯片可以用于水质分析、大气污染监测等方面，可以实现对微量环境污染物的快速检测和分析。
在食品安全领域，微流控芯片可以用于食品中毒物质的检测、食品成分分析等方面，可以实现对食品质量和安全的快速检测和分析。
3. 国家自然科学基金对微流控芯片的支持国家自然科学基金对微流控芯片的支持主要包括对微流控芯片基础研究的资助和对微流控芯片相关应用项目的资助。
在微流控芯片基础研究方面，国家自然科学基金资助了一大批的微流控芯片材料、制备工艺、流体动力学、生物分析等方面的基础研究项目。
这些研究项目在微流控芯片的基础理论和关键技术方面取得了重要的成果，为微流控芯片的发展奠定了坚实的基础。
在微流控芯片相关应用项目方面，国家自然科学基金资助了一系列的微流控芯片在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用项目。
这些项目在微流控芯片在实际应用中的关键技术、装备设备、产品开发等方面取得了重要的突破，推动了微流控芯片的产业化和市场化进程。
食品科技微流控芯片在食品生物毒素检测中的研究进展李雨枫1,2,3，徐婧婧1,2，纪晗旭1,2（1.国家市场监管重点实验室（生物毒素分析与评价），江苏南京 210019；2.南京市产品质量监督检验院（南京市质量发展与先进技术应用研究院），江苏南京 210019；3.江南大学，江苏无锡 214122）摘 要：生物毒素是指动物、植物、微生物产生的有毒物质，给食品安全带来了巨大威胁。
微流控芯片可以集成和小型化从样品制备到检测的多种功能，在快速、准确、高通量检测生物毒素方面具有优势，逐渐成为食品安全检测领域重要的分析手段。
本文综述了微流控芯片在不同类型生物毒素检测中的应用，以期为微流控芯片在食品生物毒素检测中的发展提供理论参考。
关键词：微流控芯片；生物毒素；食品安全；快速检测；真菌毒素Research Progress of Microfluidic Chip in Food BiotoxinDetectionLI Yufeng1,2,3, XU Jingjing1,2, JI Hanxu1,2(1.Key Laboratory of Biotoxin Analysis & Assessment for State Market Regulation, Nanjing 210019, China;2.Nanjing Institute of Product Quality Inspection (Nanjing Institute of Quality Development andAdvanced Technology Application), Nanjing 210019, China;3.Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract: Biotoxins are toxic substances produced by animals, plants and microorganisms, which pose a great threat to food safety. Microfluidic chip can integrate and miniaturize a variety of functions from sample preparation to detection, and has advantages in rapid, accurate and high-throughput detection of biotoxins, and has gradually become an important analytical means in the field of food safety detection. In this paper, the application of microfluidic chips in the detection of different types of biotoxins was reviewed in order to provide theoretical reference for the development of microfluidic chips in the detection of food biotoxins.Keywords: microfluidic chip; biotoxin; food safety; rapid detection; mycotoxin生物毒素，也被称为天然毒素，通常由植物、微生物、动物等代谢产生，是由多肽、非蛋白质小分子、蛋白质构成的有毒物质。
微流控芯片技术在化妆品功效评价中的应用组织胞进样、培养、分选、裂解和分离检测等过程集成于一块芯片上[4]。
三、细胞培养技术在化妆品功效评价中的应用细胞培养技术始于20世纪初，现己广泛应用于生物学、医学各个领域。
近年来，人们对化妆品的要求从以美容为主转向美容与护理并重，进一步发展到以科学护理为主，兼顾美容的效果。
基于安全性、功能性和自然性的“绿色化妆品”的开发成为当前化妆品发展的一大趋势。
目前，化妆品科学己渗透到生物学、化学、药学、皮肤生理学等领域。
生物技术以其自身的优势及强大的生命力自然介入到了化妆品工业的发展中，细胞培养技术具有经济、快速的特点，既可用来毒性分析，也可进行功能测试，是保证化妆品安全、有效的必要手段，自然也成为化妆品功效评价的手段。
细胞培养是指从动物活体体内取出组织，于模拟体内生理环境等特定的体外条件下，进行孵育培养，使之生存并增殖。
动物细胞培养技术可模拟人体内的生理环境，研究细胞与细胞之间的反应，细胞与间质之间的反应等，为皮肤生理学、病毒学、免疫学等提供了技术基础。
目前许多功能性化妆品中人多采用了天然动植物提取物，以达到美白、抗衰老、祛斑、抗过敏等功效，这就需对活性原料进行预筛选。
四、微流控芯片细胞实验室在化妆品功效评价中的应用成纤维细胞是皮肤真皮中的主体细胞成分，它与自身分泌的胶原纤维、弹性纤维及基质成分一同构成了真皮的主体[5]。
成纤维细胞的主要功能是：合成和分泌胶原纤维、弹性纤维、基质大分子物质和某些生长因子，成纤维细胞还具有黏附特性和趋化性，对维持皮肤的弹性和韧性具有重要作用，成纤维细胞的减少也是引起皱纹产生的重要原因。
已有大量的研究证明成纤维细胞因其特有的生物学特性改变，在皮肤老化过程中扮演着重要角色[6]。
我们将成纤维细胞在微流控芯片实验室内进行培养，可以直观地观察功效添加剂对细胞生长形态的影响，快速测定于抗衰老功效检测的靶位点羟脯氨酸的含量、I型胶原纤维的含量，达到对化妆品原料快速、高效、高通量的筛选评价[7-8]。
微流控芯片在生物检测中的应用研究在当今生物医学领域，微流控芯片技术正以其独特的优势和广泛的应用前景，逐渐成为研究的热点。
微流控芯片是一种将生物、化学和医学分析过程集成到微小芯片上的技术，它通过对微尺度流体的精确控制和操纵，实现了高效、快速、准确的生物检测。
微流控芯片的基本原理是利用微米级的通道和反应室，控制流体的流动和混合，从而完成各种生物化学反应和分析过程。
这种技术具有许多显著的优点。
首先，微流控芯片的尺寸非常小，通常只有几平方厘米甚至更小，因此可以大大减少样品和试剂的消耗，降低检测成本。
其次，微流控芯片内部的流体流动是层流状态，这使得反应和分离过程更加精确和可控。
此外，微流控芯片可以集成多种功能单元，如样品预处理、反应、分离和检测等，实现了分析过程的自动化和集成化。
在生物检测方面，微流控芯片有着广泛的应用。
其中一个重要的应用是在核酸检测中的应用。
核酸是生物体内携带遗传信息的重要分子，对核酸的准确检测对于疾病的诊断、基因分析和遗传疾病的筛查等具有重要意义。
微流控芯片可以实现核酸的提取、扩增和检测等一系列过程的集成化。
例如，通过在芯片上设计特定的微通道和反应室，可以实现细胞的裂解、核酸的提取和纯化。
然后，利用芯片上的微加热器和温度传感器，可以进行核酸的扩增反应，如聚合酶链反应（PCR）。
最后，通过集成在芯片上的检测单元，如荧光检测或电化学检测等，可以对扩增后的核酸进行定量分析。
除了核酸检测，微流控芯片在蛋白质检测中也发挥着重要作用。
蛋白质是生命活动的重要执行者，其检测对于疾病的诊断、药物研发和生物过程的研究等具有重要意义。
微流控芯片可以实现蛋白质的分离、富集和检测等过程的集成化。
例如，利用芯片上的电泳技术，可以对蛋白质进行高效的分离。
通过在芯片上修饰特定的抗体或受体，可以实现蛋白质的特异性捕获和富集。
然后，利用芯片上的光学检测或质谱检测等技术，可以对捕获的蛋白质进行定量和定性分析。
微流控芯片在细胞检测方面也具有独特的优势。
微流控芯片技术详解_微流控技术在生物医学上的应用微流控芯片技术（Microfluidics）是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。
由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
本文首先介绍了微流控技术原理及微流控芯片的工作原理，其次详细的阐述了微流控芯片技术，最后介绍了微流控技术在生物医学上的应用，具体的跟随小编一起来了解一下。
微流控技术原理微流控（microfluidics ）是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。
是一个涉及了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科。
微流控是系统的科学技术，它使用几十到几百微米尺度的管道，处理或操控很少量的（10*至10~18升，1立方毫米至1立方微米）流体。
最初的微流控技术被用于分析。
微流控为分析提供了许多有用的功能：使用非常少的样本和试剂做出高精度和高敏感度的分离和检测，费用低，分析时间短，分析设备的印记小。
微流控既利用了它最明显的特征一一尺寸小，也利用了不太明显的微通道流体的特点，比如层流。
它本质上提供了在空间和时间上集中控制分子的能力。
微流控芯片的工作原理微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。
电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。
激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。
中科院科技成果——功能化微流控芯片系统
项目简介
微流控芯片又称芯片实验室，是一种以在微米尺度的空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学实验室的基本功能缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，被国内外学术界和产业界普遍认为二十一世纪最为重要的科学技术之一，在生物医药、农业、环境、食品安全和国防等领域具有广阔的应用前景和商业潜力。
近年来，研究所以重大社会需求为背景，全面开展了功能化微流控芯片系统研究，取得了一系列创新性成果，其中包括自行设计研制了具有自主知识产权的不同材料、不同结构和不同功能的微流控芯片，以及具有不同检测功能的芯片仪，并以此为平台实现了以核酸、蛋白质和细胞为基础的生物检验、医学诊断和药物筛选，形成了一大批有关芯片、芯片仪或试剂盒的发明专利，研究成果曾先后获得国家、省部级和中科院等奖励。
现阶段研究所以实际应用需求为导向，积极开展功能化微流控芯片的产业化开发，以促进关键技术的产业化和转移转化。
重点开发的产品包括集成化微流控芯片核酸和免疫诊断系统、集成化微流控芯片细胞分析系统和便携式微流控生化检验芯片等系列，可用于医学诊断、生化检验、食品安全和环境监测等领域，市场前景广阔。
微流控芯片细胞实验室微流控芯片技术在细胞实验室中的应用随着生物技术和医疗技术的迅速发展，细胞实验室的需求和要求也不断提高。
为了更好地满足这些需求，微流控芯片技术应运而生。
本文将介绍微流控芯片技术的基本原理、优点、应用举例以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、微流控芯片技术概述微流控芯片技术是一种在微米级别对流体进行操作和控制的技术。
在微流控芯片中，流体的流动受到微通道的限制，使得流体在微尺度上具有类似于大尺度上的流体性质。
在细胞实验室中，微流控芯片可以用于细胞培养、细胞分离、细胞分析等方面，具有高效、准确、操作方便等优势。
二、微流控芯片的优点1、高精度：微流控芯片具有高精度的特点，可以实现对流体精确的控制和操作。
在细胞实验室中，微流控芯片可以用于精确控制细胞的培养条件，从而提高细胞的生长和繁殖效率。
2、高效率：微流控芯片内部具有高度复杂的微通道网络，可以实现多路同时操作，提高实验效率。
此外，微流控芯片还可以实现样品的快速检测和分析，缩短实验时间。
3、易操作：微流控芯片操作简单，可以通过微泵、微阀等部件实现对流体的精确控制。
这使得实验人员可以更快速、准确地完成实验操作。
三、微流控芯片的应用举例1、细胞培养：在细胞实验室中，微流控芯片可以用于细胞的培养和繁殖。
由于微流控芯片可以精确控制细胞的培养条件，因此可以提高细胞的生长和繁殖效率，为细胞治疗、药物筛选等应用提供更多、更好的细胞资源。
2、细胞分离：微流控芯片中的微通道网络可以实现对细胞的精确分离和筛选。
通过在微通道中设置适当的筛选条件，可以分离出特定类型的细胞，为后续的细胞分析和应用提供高质量的细胞样本。
3、细胞分析：微流控芯片还可以用于细胞的快速分析。
例如，通过将细胞与特定的试剂进行反应，并检测反应产物的荧光信号，可以实现对细胞的快速、准确的分析。
这有助于研究人员更好地理解细胞的生理和生化性质，为药物筛选和疾病诊断等方面提供有力支持。
什么是“芯片实验室”？微流控的优势在哪里？据麦姆斯咨询报道，微流控系统是一套非湍流的、高度有序的流体操控系统，通常用于受控生物实验。
大多数微流控器件的尺寸仅为几百微米甚至更小。
微流控芯片示例每套微流控系统都具备两个基础条件：流体通过微通道的行为，以及与之同步研发的具备用于流体流动或控制的腔室和通道的高度微型化器件。
微流控的关键在于，与宏观尺度的流体相比，微通道中的流体流动行为有着本质的差别。
微流控的应用非常广泛，从早期临床分析到新型化合物的化学合成，再到生物化合物的高通量测定，甚至到活体器官系统的模拟等。
什么是“芯片实验室”？简单地说，能够将整个在实验室中进行的基本操作单位集成到简单微系统上的技术就叫“芯片实验室”（lab on a chip）。
“芯片实验室”中的芯片是作为流体在其中流动的微通道图案，可被模塑或刻蚀。
微通道和外部宏观环境之间的连接需要通过若干孔，这些孔穿透芯片，具有不同的尺寸，用于将流体注入芯片或从芯片中移除。
在微流控芯片中，根据实验需要，流体被混合、分离或引导。
最终结果可形成自动复合系统，从而实现高通量检测。
此外，还必须专门设计开发系统来管理微通道中的流体，这些流体可作为嵌入元件存在于芯片内或芯片外部。
微流控的优势在哪里？在科学分析中，微流控技术相比于传统宏观尺度分析，具备更多优点，这主要是由于微流控回路中各个器件的尺寸大大减小，以及微小体积中流体行为的意外改变，例如低雷诺数（Reynolds number）或格拉晓夫数（Grashof number）。
微流控的优势还有：对样品尺寸要求更小，对试剂需求量更少。
这些因素往往引起高昂成本或难以从大量样品中分离。
因此，微流控技术在整个应用范围内都可以显著降低成本。
微流控芯片与化学发光测定仪结合在生物分析中的应用研究微流控芯片是一种结构紧凑、功能多样的微型化的实验室设备，它在生物分析领域中的应用前景备受关注。
与传统大型仪器相比，微流控芯片具有重量轻、体积小、灵敏度高等优势，并且可以实现高通量、高效率的样品分析。
化学发光测定仪是一种基于化学发光原理的分析仪器，具有极高的灵敏度和选择性，适用于多种生物分析场景。
将微流控芯片与化学发光测定仪结合，可以充分发挥二者的优势，提高分析的效率和灵敏度，并拓展了生物分析的研究领域。
首先，将微流控芯片与化学发光测定仪结合可以实现快速、高通量的生物分析。
微流控芯片的特点是可以将微升至纳升级别的样品和试剂通过微通道控制和混合，实现快速反应和高效分析。
化学发光测定仪的原理是通过测量样品中产生的化学发光信号的强度来定量分析目标分析物的含量。
将两者结合使用，可以在微流控芯片上进行快速、自动化的样品处理和反应，然后使用化学发光测定仪对产生的发光信号进行检测和定量分析。
这种结合可以极大提高分析样品的通量和分析速度，在高通量筛选、药物研发等领域具有广阔的应用前景。
其次，微流控芯片与化学发光测定仪的结合对于灵敏度要求高的生物分析尤为重要。
微流控芯片的微小体积可以极大地提高分析的灵敏度，使得微量的样品和试剂即可完成反应和检测。
而化学发光测定仪的高灵敏度和选择性能够在低浓度的目标分析物中产生明显的发光信号，并进行准确的定量分析。
将两者结合使用，可以实现对于低浓度和微量的生物分析样品的高灵敏度检测，例如检测血液中微量的蛋白质标记物、环境污染物中微量的有害物质等。
这对于疾病早期诊断、环境污染监测等领域具有重要意义。
另外，微流控芯片与化学发光测定仪的结合也为生物分析研究提供了更多多样的实验方法和研究手段。
微流控芯片可以根据需要设计各种不同的微通道和微反应单元，实现多步骤的分析和复杂的反应操作，例如流动蛋白质分析、基因测序和免疫检测等。
化学发光测定仪作为一种通用的检测方法，可以在不同的实验模式下进行分析，并且可以与其他检测技术如质谱联用等。
