1. 微流控芯片技术概述：微型化实验室的核心载体
微流控芯片技术作为一种将生物化学分析全过程集成于微米级芯片的前沿技术，正深刻改变着病原体检测、细胞培养及临床诊断的模式。其核心优势在于高集成度与便携性，能将样本预处理、核酸提取、扩增及检测等步骤整合至单芯片，显著减少样本消耗（仅需微升甚至纳升级），并降低操作复杂度，为即时检测（POCT）提供了理想平台。
在材料与加工方面，PDMS (polydimethylsiloxane) 因良好的生物相容性、透气性及易加工性，成为微流控芯片的主流材料。通过lithography工艺制作 SU8 模具，再经PDMS 浇筑、键合等步骤，可高效制备具有复杂微通道结构的芯片。同时，MEMS 加工技术（如深硅刻蚀、薄膜沉积）进一步提升了芯片的精密性，支持微流道、反应腔等结构的精准调控，满足多场景检测需求。
此外，玻璃微流控芯片凭借化学稳定性优势，在高温反应或强腐蚀性环境中应用广泛；而PMMA（亚克力）芯片则因成本低、易量产，成为商业化 POCT 设备的优选。这些多样化的材料与加工技术（如微纳加工平台、激光工程硅微模具），为微流控芯片的功能定制提供了灵活支撑。
用于多基因即时检测的mμLAMP。a PDMS-玻璃格式的10微室mμLAMP系统照片。b mμLAMP芯片的结构。微室通过尺寸梯度桥与相应的细微通道相连，整体形状类似章鱼。c 通过不溶性副产物焦磷酸镁直接肉眼判断检测结果。d 这些结果通过DNA嵌入染料SYBR green I诱导的绿色荧光进一步验证，以及（e）通过琼脂糖凝胶电泳确定的LAMP产物特有的阶梯状图谱[27]
2. 微流控芯片的流体驱动系统：精准控制的核心保障
流体驱动是微流控芯片实现自动化操作的关键，目前主要分为自动驱动与手动驱动两类，均需结合芯片结构设计实现精准流控。
微流控装置示意图。a 3D和（b）2D示意图展示了利用离心力产生的驱动压力（\(\Delta P_{d}\)）或真空驱动压力（\(P_{V}\)）的工作原理。离心压力使样品能够沿单向驱动，而真空驱动力可在多个方向上拖动样品，无需任何旋转。c 离心流与真空驱动压力在每种盲端和开放端通道中的对比[29]。离心压力需要开放端通道来驱动样品，而真空驱动压力需要盲端通道来驱动样品。
1) 自动驱动系统
- 毛细管力驱动：利用微通道表面张力实现流体自主流动，典型应用如侧向流层析试纸条，无需外部动力，适用于快速定性检测。例如，基于loop-mediated isothermal amplification（LAMP） 的多通道微流控系统，通过毛细管力将样本与反应液分配至 10 个反应腔，实现流感病毒亚型的同步检测。
- 真空驱动：通过预抽真空的PDMS 芯片形成负压，驱动流体定向流动。如用于检测 ESKAPE 病原体的 B-chip，将引物、酶预制于 16 个检测孔，真空吸力可快速分配样本，简化操作流程。
- 离心力驱动：结合离心微流控芯片，通过调整转速控制流体路径。例如，可实现样本分离、扩增、检测一体化的碟式芯片，在 27.5 分钟内完成沙门氏菌检测，检测限低至 10 CFU/mL。
2) 手动驱动系统
针对资源有限场景，手动驱动（如手指按压、注射器推动）更具实用性。例如，手指驱动微流控系统（Fd-MC） 通过按压产生的压力，驱动样本经 W 型微通道与磁珠结合完成核酸提取，再进入反应腔进行recombinase polymerase amplification（RPA），适用于结核等病原体的现场检测。手动手持式离心装置（i-centrifuge） 则通过 syringe 驱动实现细胞浓缩，成本低且便携性强。
用于多种病原体即时检测的集成式和手指驱动微流控芯片图像。a-d 包括DNA提取、扩增和检测在内的整个实验过程的示意图。e 定制的珀尔帖加热器照片。f 便携式荧光成像系统[30]
细胞浓度。b 流量稳定器的工作原理，用于将变化的输入液体流量调节至所需的稳定流速。c 结构以及图4a 展示手动 syringe-tip 惯性微流控离心机（i-centrifuge）连续流操作的照片，类似注射器过滤器的惯性微流控浓缩器的工作原理[31]
3. 等温扩增技术与微流控芯片的融合：POCT 检测的黄金组合
等温扩增技术因无需复杂热循环设备，与微流控芯片的便携性高度契合，成为病原体快速检测的核心方案。常见技术包括 LAMP、RPA、NASBA 等，其中RPA 技术因反应快速（10-30 分钟）、温度温和（37-42℃），与微流控芯片的结合最为广泛。
重组酶聚合酶扩增结合侧向流试纸条（RPA-LFD）检测的示意图。A RPA原理。B 侧向流试纸条工作原理示意图[55]
1) 技术融合优势
- 高灵敏度与特异性：例如，结合 RPA 与侧向流试纸条的微流控系统，检测结核杆菌的灵敏度达 10³ copies/mL，且能区分结核分枝杆菌与牛分枝杆菌；检测 SARS-CoV-2 时，灵敏度达 1 copy/μL，与 qPCR 一致性高达 97%。
- 集成化操作：通过数字微流控（DMF） 技术操控微升液滴，可提升 RPA 与 Cas12a 系统的反应效率，30 分钟内实现流感病毒与新冠病毒的同步检测，检测限低至 5.2 copies。
2) 典型应用场景
- ** wearable 检测 **：柔性微流控芯片与 RPA 结合，利用人体体温（37℃）驱动反应，如 Zika 病毒检测传感器，10 分钟内可通过紫外灯激发荧光实现可视化读数；HIV-1 DNA 检测的穿戴式设备，24 分钟内完成检测，检测限 100 copies/mL。
- 多重检测：基于离心式直接 RPA 微装置，可同时检测 12 种食源性致病菌，30 分钟内实现牛奶样本中 4 cells/3.2 μL 的高灵敏度检测；两级扩增（RPA+LAMP）微流控芯片，支持多靶点并行检测，最低检测限达 10 copies。
使用集成的侧流层析试纸条检测[58]图6 RPA与圆盘芯片组合的示意图。该芯片集成了核酸提取和扩增功能
用于COVID-19检测的MI-IF-RPA系统示意图。含有COVID-19靶基因的样本被加载到小储液器（I）中，在那里进行等温逆转录、扩增，并用生物素和FAM标记，然后与抗FAM抗体结合。随后，样本（III）与来自大腔室（II）的运行缓冲液混合，以通过侧流腔室中的检测条带进行毛细管扩散。
可穿戴核酸微流控传感器示意图[61]
用于HIV-1 DNA快速检测的可穿戴RPA检测示意图[62]
样本中病原体的DNA。结核分枝杆菌家族病原体的c DNA分子通过阳离子盐桥被硅珠吸附。图13 基于RPA的Fd-MC用于结核病（TB）的快速检测。a 能够执行多种功能的Fd-MC概述，包括DNA固相提取（SPE）、RPA扩增和多重检测。b SPE单元预先填充了硅颗粒以捕获 d 在480 nm激发波长下，通过手持蓝光灯激发RPA扩增子的荧光信号，用于视觉诊断。e 目标DNA存在时的荧光产生机制。f 结核病检测的操作步骤，从样本注入、DNA提取到最终的RPA扩增[64]
4. 微流控芯片技术的挑战与未来展望
尽管微流控芯片在病原体检测中展现出巨大潜力，但其产业化仍面临多重挑战：
- 成本与加工壁垒：PDMS 芯片的键合、微纳加工的精密设备（如光刻胶模具、Electron beam lithography）导致研发成本高，批量生产难度大；
- 标准化缺失：不同实验室的芯片设计、样本处理方法差异，导致数据可比性低，亟需统一的微流控芯片检测标准；
- 自动化瓶颈：多数系统仍需手动进行核酸提取，未能实现 “样本进 – 结果出” 的全自动化，限制了POCT的普及。
未来，技术突破将聚焦于三方面：
- 材料创新：开发低成本、可降解的纸质微流控芯片，降低医疗废弃物处理压力；
- 智能化集成：结合 AI 算法优化微流控芯片设计，实现流体路径与反应参数的自适应调控；
- 产业化落地：通过Mcirofluidic Chip服务，满足不同场景需求（如organ chip用于药物筛选、Cell Culture Chip用于病原体行为研究），推动技术从实验室走向临床。
微流控芯片技术正通过与MEMS 加工、等温扩增等技术的深度融合，重塑病原体检测的效率与场景边界。随着微纳加工技术的成熟与成本优化，其在传染病防控、精准医疗等领域的应用将持续拓展，成为未来体外诊断行业的核心驱动力。
参考文献：https://doi.org/10.1186/s13036-022-00312-w
Dxfluidics product ( standard Glass chip)
| Product Code | Outline （mm） | Width （um） | Height （um） | Thickness （mm） | Chip material | Price （CNY） |
| J0001 | 22.5*15 | 105&300 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0002 | 22.5*15 | 105 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0003 | 22.5*15 | 105&300 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0004 | 22.5*15 | 105 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0005 | 22.5*15 | 105 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0006 | 22.5*15 | 105 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| J0007 | 22.5*15 | 450 | 50 | 2+2 | BF270 | 1000 |
| Chip fixture | / | / | / | Al | 1500 |
本公司也可提供特性化的微流控玻璃芯片加工服务，具体详情，欢迎来电咨询+86-18112558497（同微信），邮箱:sale@dxfluidics.com
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