和义广业【行业分析】之微流控系列，将系统解读微流控芯片加工工艺、技术优缺点、医疗领域应用、市场现状、产业上下游、代表企业及未来发展趋势。本篇文章列举微流控技术在不同领域中的应用，并重点介绍该技术优势和目前发展中所面临的困境。

▍微流控的优势^[1]

1、样品和试剂消耗少，成本降低

样品分析所消耗的试剂仅几微升到几十微升，被分析物质的体积只需要纳升级或皮升级（通常用量的百分之一甚至万分之一或更少），这样可以通过使用非常少的样本和试剂就可以做出高精度和高敏感度的分离和检测，降低检测费用，缩短分析时间。

2、具有高通量特点，分析检测速度快^[2]

微流控可以设计成为多流道，通过微流道网络可以同时将待检测样本分流到多个反应单位，同时反应单元之间相互隔离，使各个反应互不干扰，因此可以根据需要进行多个项目的检测。

3、污染少，检测误差小

由于微流控芯片的集成功能，原先在实验室里需要人工完成的各项操作全部集成到芯片上自动完成，使样本的污染降低到最低程度。

4、集成结构小巧、便携

将传统医学检测所需的离心、过滤、混合、反应和检测等功能整合在微型芯片上，通过标准化封装制备小体积的便携式检测设备，能够随身携带、快速检测。

5、降低了对专业医护人员的依赖性

卫生设施有限的偏远地区不具备医学检测条件，特别是在流行病暴发时，能够降低对检测设备的依赖，实现实时、实地快速检测。

▍微流控产业化难点分析

1、研发成本高、周期长、难度大

⼀个成熟的微流控产品，其开发工作包括芯片设计及加工工艺、表面处理工艺、配套设备设计及组装工艺、内含的试剂开发、系统性能验证等多项研发工作。

2、规模化生产是难题，质量控制难以解决

⼀个复杂的产品的不同组件是由不同公司大规模的⽣产，然后由中游生产厂商组装而成，导致质量控制难以解决。

3、芯片成本高，市场推广不利

分析芯片都是一次性的，导致检测成本升高，且产品在市场的推广不利，许多具有核心产品的小公司都是通过大厂的并购才得已推广的。

4、回报周期长，对资金需求更大

▍微流控的应用领域     

1、医疗诊断

在医疗诊断方面，微流控技术通过和其他检验方法相结合，减少了传统检测中存在的一些弊端，提高了检测的效率，具体如下表所示：

第3篇会就上述方向进行详细的介绍。

2、石油化工^[4]

传统的油田开发需进行3个阶段，每一阶段都采用不同的技术手段提高出油率，因此对石油提取的效率是当前研究的重要内容。目前对其在实验室的研究面临着实验设备巨大、试剂消耗多、成本高等问题^[5]，而微流控芯片的应用可以降低样品的需求量、减少成本，且很大程度上对实验的变量进行简化和控制。

未来，微流控芯片有望通过以下方面对石油提取做出更大的突破：①模拟油藏的微流控芯片加工技术，加工出具有复杂孔隙结构的微流控芯片；②微观结构中的流体流动与控制，通过微流控芯片观察流体在复杂微尺寸孔隙结构中的流动行为，从而对其进行控制，扩大驱油范围；③试剂配方的研究，通过微流控芯片进行预实验，获得最佳的驱动石油流动的试剂配方，提高实验效率，降低成本。

3、环境检测

目前，微流控芯片在环境中的应用相对较少，主要集中在对水环境和气体环境中无机离子和有机化合物分离、富集以及检测方面，如硝态氮、重金属以及有机污染物等物质。

4、食品安全

微流控芯片可以用于食品中着色剂、防腐剂、护色剂、增白剂、漂白剂及香料等食品添加剂的检测，如Law^[6]等首次用传统毛细血管电泳和芯片电泳电容耦合的非接触电导检测了苯酸盐、山梨酸酯两种防腐剂和维生素c，发现微流控芯片可以极大的减少分析时间。

5、司法鉴定^[7]

拉曼光谱法是一种振动光谱技术，光谱中的谱带能够提供有关生化成分的直接信息，即在化学分析中提供有机分子的结构指纹，其优点是对微小结构变化的高度敏感，微量样品即可进行检测^[8]，并对样品基本无损伤。实际的应用过程中由于拉曼散射强度较弱，因此衍生了更高的拉曼检测技术，如表面增强拉曼散射技术（Surface Enhanced Raman Scattering，SERS），它通过增强试剂（如金、银和铜等贵金属或少量半导体以及非金属材料等）^[9]与待测物质结合，产生出更强的拉曼信号的强度^[10]。

微流控芯片通过表面增强拉曼光谱法结合，可以实现污水、河道水中甲基苯丙胺（冰毒）的快速测定，具有体积较小、便于携带、操作检测、可重复使用、检测成本低等优势，未来有望实现社区毒情在线监测，为公安禁毒部门提供一线的情报参考信息。

参考资料：

[1]司朝霞,韩文.应用于血液检测的微流控芯片制造工艺及应用研究现状[J].医疗卫生装备,2021,42(02):93-98.DOI:10.19745/j.1003-8868.2021040.

[2]朱敏杰，彭伙，高则航，等. 用于细菌快速高灵敏检测的离心式高通量液滴微流控芯片[J]. 微纳电子技术，2019，56（7）：548-555.

[3]刘卫枝. 基于微流控技术的单细胞精确操控平台的建立及其在单细胞分析中的应用[D].厦门大学,2019.

[4]高克鑫,范一强,金志明,等. 微流控芯片在提高石油采收率技术中的应用[J]. 断块油气田,2018(2). DOI:10.6056/dkyqt201802030.

[5] RASSENFOSS S．Selling a new way of looking into rocks[J]．Journal ofPetroleumTechnology，2015，67(4)：42．

[6] Law WS,Zhao JH,Kuban P,et al.Determination of vitamin C and preservatives in beverages by conventional capillary electrophoresis and microchip electrophoresis with capacitively coupled contactless conductivity detection.[J].Electrophoresis: The Official Journal of the International Electrophoresis Society,2005,26(24).

[7]常颖,常化仿,赵阳,等. 表面增强拉曼结合微流控检测甲基苯丙胺[J]. 中国法医学杂志,2020(6). DOI:10.13618/j.issn.1001-5728.2020.06.014.

[8] MOREIRA L P，SILVEIRA L J R，PACHECO M T T，et al. Detecting urine metabolites related to training performance in swimming athletes by means of Raman spectroscopy and principal component analysis［J］. Journal of Photochemistry and Photobiology B：Biology，2018，185：223-234.

[9] LI Dan，YAO Dongmei，LI Chongning，et al. Nanosol SERS quantitative analytical method：A review［J］. Trends in Analytical Chemistry，2020，127：115785.

[10]曾琦, 刘瑞, 王楠,等. 拉曼光谱技术在医学检验领域中的研究进展(特邀)[J]. 光子学报, 2021, 50(10):12.

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作者：武瑾嵘

审核：李芳