李風(fēng)云，周雷，張琳，蒲巧生

蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730000

“精密度”和“準(zhǔn)確度”是分析化學(xué)的重要概念，“精”和“準(zhǔn)”體現(xiàn)了分析化學(xué)的內(nèi)涵。當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，人類正面臨著醫(yī)藥、健康、環(huán)境等關(guān)乎命運(yùn)的重大問題，分析化學(xué)因此被賦予了時(shí)代的使命，在追求“精”和“準(zhǔn)”的方向上快速發(fā)展。

微流控技術(shù)也稱微全分析系統(tǒng)或芯片實(shí)驗(yàn)室，可以將樣品前處理、反應(yīng)、分離及檢測(cè)等過程集成在一張僅幾平方厘米的芯片上，具有設(shè)計(jì)靈活、集成性強(qiáng)、分析項(xiàng)目廣泛等突出優(yōu)勢(shì)[1]，是分析化學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。小尺寸的芯片里包含著精巧的微結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，具有變化萬千的設(shè)計(jì)潛力。由于微納尺度的流體性質(zhì)不同于宏觀體系，由此打開了一扇新的探索世界的大門，微流控技術(shù)在其發(fā)展初期就很快擴(kuò)展到了眾多學(xué)科領(lǐng)域，經(jīng)過短短幾十年，現(xiàn)已經(jīng)成為涵蓋化學(xué)、生物、信息、物理、材料等領(lǐng)域的交叉學(xué)科[2]。我國(guó)的微流控技術(shù)發(fā)展迅速，目前相關(guān)研究論文位居世界前列，其產(chǎn)業(yè)也在蓬勃發(fā)展。

如今，國(guó)內(nèi)外已有眾多專門介紹微流控的中英文專著[3,4]，國(guó)外一些高校已經(jīng)開設(shè)了面向研究生的微流控課程以及探索面向本科生、中學(xué)生的微流控實(shí)驗(yàn)[5]。國(guó)內(nèi)復(fù)旦大學(xué)等高校也開設(shè)了面向本科生的微流控理論課程和實(shí)驗(yàn)，但總體而言還相對(duì)較少。2017年，科技部印發(fā)的《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》里明確指出，微流控技術(shù)作為顛覆性生物檢測(cè)技術(shù)，在未來需大力發(fā)展并有所突破[6]。為培養(yǎng)適應(yīng)新形勢(shì)的創(chuàng)新型人才，國(guó)內(nèi)高校一直在探索教學(xué)模式的改革和內(nèi)容的更新[7,8]，已有學(xué)者提出向本科教學(xué)引入微流控技術(shù)的建議[9,10]。微流控技術(shù)的學(xué)科交叉性強(qiáng)，其微尺度下的流體理論有助于更好地理解傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)中宏觀體系的相應(yīng)理論，其應(yīng)用包含著多學(xué)科的研究熱點(diǎn)，在化學(xué)專業(yè)本科階段的分析化學(xué)課程中引入微流控技術(shù)有助于提高課程的前沿性。此外，微流控開發(fā)過程對(duì)綜合知識(shí)運(yùn)用能力要求高，挑戰(zhàn)性和趣味性強(qiáng)，容易激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索的興趣，有助于培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。以下就微流控技術(shù)的發(fā)展史、制作工藝、理論和應(yīng)用，以及其中蘊(yùn)藏的思政元素，與分析化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系等做簡(jiǎn)要闡述，為分析化學(xué)課堂教學(xué)引入微流控技術(shù)提供借鑒和素材。

1 微流控芯片體系的簡(jiǎn)要發(fā)展史

20世紀(jì)50年代，半導(dǎo)體微加工技術(shù)日趨成熟。1979年，Stephen Terry利用微加工技術(shù)在硅片上制作了第一個(gè)微型氣相色譜儀[11]，這被廣泛認(rèn)為是“芯片實(shí)驗(yàn)室”的早期嘗試。1990年，Andreas Manz提出了微全分析系統(tǒng)的概念[12]，這具有劃時(shí)代的意義，開啟了微流控作為一個(gè)獨(dú)特領(lǐng)域的大門。在這個(gè)時(shí)期，芯片的加工主要基于半導(dǎo)體微加工的技術(shù)積累，硅片、玻璃和石英是主流的芯片制作材料。此后掀起的人類基因組計(jì)劃研究熱潮推動(dòng)了微流控技術(shù)向生命科學(xué)研究領(lǐng)域進(jìn)軍。生命科學(xué)的實(shí)際需求促使研究者尋求更加適合的芯片材料。1998年，George Whitesides團(tuán)隊(duì)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)快速復(fù)制成型的微加工方法制作微流控芯片[13]，PDMS憑借其良好的透光性、低成本、易加工等突出優(yōu)勢(shì)迅速成為主流的芯片制作材料，極大地促進(jìn)了微流控技術(shù)的快速發(fā)展。時(shí)至今日，PDMS依然是微流控芯片應(yīng)用最廣泛的材料之一。早期的微流控芯片應(yīng)用主要集中在電泳分析方面，2002年，Stephen Quake等人開發(fā)了一種高度集成化的微流控芯片，其上集成了上千個(gè)微閥和反應(yīng)器[14]。芯片應(yīng)用自此走向了更加多元化的發(fā)展方向。2007年，George Whitesides團(tuán)隊(duì)又開發(fā)了紙分析設(shè)備(PAD)，紙芯片由此成為微流控芯片家族的重要成員[15]。如今，微流控技術(shù)已經(jīng)覆蓋眾多研究領(lǐng)域，且市場(chǎng)潛力巨大?？梢灶A(yù)計(jì)，不遠(yuǎn)的未來，微流控將在國(guó)民生產(chǎn)生活的方方面面發(fā)揮舉足輕重的作用。

我國(guó)的微流控技術(shù)研究幾乎與世界同步，國(guó)內(nèi)學(xué)者敏銳地預(yù)見了這一領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Γ瑧{借他們前瞻性的判斷，緊追國(guó)際前沿。方肇倫院士、陳洪淵院士和林炳承研究員等是國(guó)內(nèi)第一批從事微流控技術(shù)研究的學(xué)者，“微流控”這一形象、準(zhǔn)確的中文名稱也是方肇倫院士等確定的。老一輩學(xué)者在各自的研究領(lǐng)域里審時(shí)度勢(shì)，以國(guó)家戰(zhàn)略的高度精準(zhǔn)把握，在微流控電化學(xué)分析、細(xì)胞、器官芯片、藥物研究等關(guān)鍵領(lǐng)域攻堅(jiān)克難，開創(chuàng)了微流控研究的新局面，并為其后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在他們的引領(lǐng)和大力宣傳下，越來越多的研究者加入到微流控研究的隊(duì)伍里，為我國(guó)的微流控技術(shù)貢獻(xiàn)了巨大的力量。如今，我國(guó)的微流控研究呈現(xiàn)出百花齊放的發(fā)展局面，研究隊(duì)伍、研究論文數(shù)量都位居世界前列。目前，5位國(guó)內(nèi)學(xué)者擔(dān)任微流控領(lǐng)域的著名刊物L(fēng)ab on a Chip的副主編或編委，僅次于美國(guó)。圖1列出了微流控芯片發(fā)展過程中的重要事件。

圖1 微流控技術(shù)發(fā)展過程的重要事件

回顧歷史，微流控技術(shù)的崛起既是一部科學(xué)技術(shù)完美交叉融合、相互借鑒相互促進(jìn)的發(fā)展史，更是一部生動(dòng)的無數(shù)科學(xué)家堅(jiān)持不懈、勇于探索的奮斗史。Stephen Terry的芯片氣相色譜儀是典型的原創(chuàng)，而時(shí)隔十多年后Andreas Manz將毛細(xì)管電泳與微加工芯片結(jié)合提出了微全分析系統(tǒng)的概念，這種學(xué)科融合引發(fā)了全球?qū)ξ⒘骺仡I(lǐng)域的關(guān)注和研究潮流。George Whitesides、Stephen Quake針對(duì)該技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問題和需求，提出巧妙的解決途徑，極大地拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。

這些發(fā)展歷程蘊(yùn)藏著廣大教師想要傳達(dá)給學(xué)生的“精神”，授人以魚不如授人以漁，讓學(xué)生在接受知識(shí)的同時(shí)，感悟科學(xué)技術(shù)的環(huán)環(huán)相扣和發(fā)掘思路，鼓勵(lì)學(xué)生的奇思妙想，激發(fā)創(chuàng)新思維。

2 微流控芯片的制作工藝

微流控芯片的制作工藝隨著實(shí)際需求不斷發(fā)展，從最早的光刻技術(shù)制作硅芯片和玻璃、石英芯片，到現(xiàn)在多樣化的高聚物芯片加工方式，制作工藝朝著高精度、低成本、易操作、批量化的方向發(fā)展，新的加工技術(shù)也不斷被引入到微流控芯片的制作中來。以下就主流的高聚物芯片主要的制作工藝做簡(jiǎn)單介紹。

2.1 模塑法

模塑法是目前應(yīng)用非常廣泛的微芯片加工技術(shù)，主要用于PDMS這樣的彈性聚合物[16]。利用模具在光刻膠上形成圖案，再將PDMS預(yù)聚物溶液倒在光刻膠形成的圖案上，待PDMS聚合完成，剝離下彈性PDMS聚合體，即獲得了與圖案相對(duì)應(yīng)溝槽的PDMS片，與玻璃基底封接后獲得微流控芯片(圖2)。

圖2 模塑法制作PDMS芯片的流程

2.2 熱壓法和注塑法

熱壓法和注塑法是工業(yè)上批量制作微芯片的主要技術(shù)，利用高聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的形變來實(shí)現(xiàn)。熱壓法在高溫高壓下將模具的圖案轉(zhuǎn)印到聚合物上，可制造寬度低至微米級(jí)的微通道[17]。注塑技術(shù)通過將熔融聚合物材料注入模具的空腔，冷卻后獲得芯片。相較而言，注塑成型更快，成本更低[18]。

2.3 三維立體打印

三維立體(3D)打印是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，已開始應(yīng)用于工業(yè)制造中。3D打印的玩具、文創(chuàng)產(chǎn)品已比較普遍，甚至有3D打印食品的報(bào)道，自然也被用于微流控芯片制作。3D打印能夠輕松制造復(fù)雜、高精度的三維結(jié)構(gòu)芯片，包括器官芯片。該技術(shù)用于微流控芯片制作最重要的特征是省略了芯片封接的步驟，省時(shí)省力。極具代表性的雙光子聚合技術(shù)在微納尺度上控制光敏樹脂的聚合，制作的芯片精度可達(dá)幾十納米[19]，可極大地提高芯片結(jié)構(gòu)的精細(xì)程度和集成度。

此外，激光燒蝕、雕刻等方法也都成功用于微芯片的制作。

3 微流控重要理論簡(jiǎn)介

物質(zhì)在微觀尺度上性質(zhì)與宏觀體系不同，體現(xiàn)在流動(dòng)狀態(tài)、表面張力、毛細(xì)管力及擴(kuò)散時(shí)間等物理量上。了解微流控理論能夠更好地理解化學(xué)相關(guān)理論。

3.1 雷諾數(shù)

在流體力學(xué)中，雷諾數(shù)(Re)是一個(gè)無量綱量，定義為慣性力與粘性力的比值，量化了這兩種力在給定流動(dòng)條件下的相對(duì)重要性[20]：

式(1)中，ρ是流體密度，ν是速度，L是系統(tǒng)的特征線性維度，μ是動(dòng)態(tài)粘度。在圓形管道中，Re隨管道直徑的減小而減少。當(dāng)Re值低于2000時(shí)流體進(jìn)入層流狀態(tài)，大于4000為湍流。常規(guī)的管路或空氣中Re值較大，而微流控通道的小尺寸使其Re值很低，其內(nèi)流體往往處于層流狀態(tài)。在層流狀態(tài)下，液體平行流動(dòng)，界面清晰，因而微流控芯片內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡可輕松預(yù)測(cè)。利用微流控通道中的層流特征，有助于提高分析的精密度。在講解相關(guān)內(nèi)容時(shí)，對(duì)比與宏觀體系截然不同的微流控體系，學(xué)生能更清晰地了解相關(guān)概念和原理。

3.2 表(界)面張力

在微觀尺度上，表(界)面張力相對(duì)重力占主導(dǎo)地位。在空氣中，液體為降低其自由能，通過表面張力使氣液界面的面積縮小。在兩種不混溶的流體中，如水和油，界面張力使其中一種流體形成球狀來維持最小的界面面積，微液滴技術(shù)就是利用了這一現(xiàn)象[21]。對(duì)于已經(jīng)了解了表(界)面張力的本科生，這是對(duì)該概念的補(bǔ)充和回顧，能更好地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和微流控技術(shù)。

3.3 毛細(xì)管力

得益于毛細(xì)管力，液體能夠輕松通過狹窄多孔的材料或毛細(xì)管，而在宏觀尺度上，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。毛細(xì)管力在分析化學(xué)中有著重要的應(yīng)用，例如基于毛細(xì)管力的液體進(jìn)樣方式，這是分析化學(xué)中儀器分析課程的內(nèi)容。毛細(xì)管力在微流控芯片里的應(yīng)用更加豐富充分，紙芯片就是利用了毛細(xì)管力實(shí)現(xiàn)分析[15]。為大眾所熟知的側(cè)流試紙條，如驗(yàn)孕試紙、新冠病毒抗原檢測(cè)試紙、家用化的血糖試紙等，驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)的力就是毛細(xì)管力，醫(yī)院里幼兒采血用的細(xì)玻璃管也是利用了毛細(xì)管力。

3.4 擴(kuò)散時(shí)間

化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常涉及攪拌操作，其目的就是讓液體充分混合，減小分子間擴(kuò)散距離來縮短反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而提高反應(yīng)效率。擴(kuò)散時(shí)間近似地與分子擴(kuò)散距離平方成正比關(guān)系[22]：

式(2)中，x是分子在t時(shí)間沿一個(gè)軸行進(jìn)的距離，D是擴(kuò)散系數(shù)?？梢?，隨著擴(kuò)散距離的減小，分子擴(kuò)散時(shí)間也隨之減少。相比以燒瓶、燒杯、試管等為代表的化學(xué)反應(yīng)容器，微流控芯片的微通道因其狹小的空間使得分子擴(kuò)散時(shí)間更短，因而分析和響應(yīng)更快，更容易控制反應(yīng)過程，提高分析速度。

總之，微流控技術(shù)提供了一個(gè)從微尺度視角認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的平臺(tái)，可以與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容相互印證、相互補(bǔ)充，從而激發(fā)學(xué)生興趣，拓展思維，培養(yǎng)和提高分析和解決問題的能力。

4 微流控技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)

微流控芯片技術(shù)已經(jīng)滲透到分析化學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域，最引人矚目的當(dāng)屬以細(xì)胞、生物大分子和代謝分析為主要研究?jī)?nèi)容的生命分析領(lǐng)域(圖3)。以下作簡(jiǎn)要介紹。

圖3 微流控芯片在生命科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用示意圖

4.1 單細(xì)胞分析

細(xì)胞具有異質(zhì)性，對(duì)群體細(xì)胞的研究會(huì)掩蓋單個(gè)細(xì)胞的關(guān)鍵信息，精準(zhǔn)研究單細(xì)胞是推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵[23]。微流控技術(shù)極具優(yōu)勢(shì)的就是精確的流體控制和構(gòu)筑微結(jié)構(gòu)隔離單細(xì)胞。因此，借助微流控技術(shù)，近年來單細(xì)胞分析得到了快速的發(fā)展，成為微流控研究的熱點(diǎn)之一。

微流控芯片主要通過構(gòu)筑和單細(xì)胞尺寸接近的微結(jié)構(gòu)(微孔和微閥)來捕獲、隔離單細(xì)胞。例如，在微芯片上設(shè)計(jì)與待分析細(xì)胞尺寸接近的微孔，可以在細(xì)胞流過時(shí)“卡住”細(xì)胞，再將芯片翻轉(zhuǎn)，細(xì)胞落入芯片底部較大的孔中增殖培養(yǎng)，進(jìn)行下游分析[24]。也可設(shè)計(jì)外部壓力控制的微閥，降低壓力打開閥門，可使單細(xì)胞通過，而增加壓力關(guān)閉閥門，可截留單細(xì)胞。這種方法還能選擇性地提取被截留的單細(xì)胞[25]。微液滴尺寸可調(diào)，也是一種非常好的隔離單細(xì)胞的手段。更重要的是，微液滴能包封單細(xì)胞及其分泌的物質(zhì)，其分泌物能在液滴內(nèi)快速積累至可檢測(cè)的水平，這對(duì)于細(xì)胞代謝物的檢測(cè)(圖4)[26]、基于代謝物的細(xì)胞分選[27]等研究具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

圖4 (A) 用于檢測(cè)大腸桿菌代謝物的微液滴芯片及檢測(cè)方案示意圖；(B) 微液滴的形成照片及(C) 局部放大照片[26]

4.2 即時(shí)診斷(POCT)

近年來，隨著大健康時(shí)代的到來，國(guó)民對(duì)個(gè)人健康的關(guān)注度空前提升。醫(yī)院的分析檢測(cè)資源難以應(yīng)對(duì)廣大人民群眾的需求。適用于家庭、診所、社區(qū)衛(wèi)生站的低成本、即時(shí)診斷(POCT)技術(shù)開始吸引越來越多的關(guān)注。微流體芯片技術(shù)能很好地滿足POCT的要求，是最具潛力的POCT解決方案之一[28]。

核酸和蛋白質(zhì)是POCT的兩個(gè)主要檢測(cè)對(duì)象。新型冠狀病毒的全球大流行和全民的防控行動(dòng)，讓公眾認(rèn)識(shí)了核酸檢測(cè)，尤其是聚合酶鏈?zhǔn)綌U(kuò)增技術(shù)(PCR)的重要性。PCR是病原微生物診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。微流控PCR技術(shù)可以大大節(jié)約試劑和樣品，通量高(圖5A)，但受限于PCR固有的變溫過程，芯片設(shè)計(jì)較為復(fù)雜[29]。芯片等溫核酸擴(kuò)增，如環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(LAMP)，僅需一種溫度，簡(jiǎn)化了芯片設(shè)計(jì)，可集成病原裂解、核酸提取等過程，更容易開發(fā)成為全自動(dòng)檢測(cè)工具[30]。蛋白質(zhì)檢測(cè)最普遍的方法是酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)。通常的策略是將捕獲抗體固定在芯片微通道或納米材料上[31,32]，加入樣品后捕獲待測(cè)抗原，檢測(cè)抗體標(biāo)記有酶[31]、納米材料[32]等，形成的免疫復(fù)合物通過酶促反應(yīng)或者納米材料產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)靶抗原的檢測(cè)(圖5B)。大量的POCT微流控芯片研發(fā)集中在與疾病診斷相關(guān)的蛋白質(zhì)類生物標(biāo)志物上，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。目前，全球多家知名體外診斷廠商都在積極開發(fā)基于微流控的POCT設(shè)備。雅培(Abbott)推出了基于微流控的POCT裝置iSTAT，用于檢測(cè)血液中的一系列指標(biāo)，如今已經(jīng)廣泛用于臨床診斷[33]。其他市場(chǎng)占比份額較大的POCT設(shè)備供應(yīng)商包括羅氏(Roche)診斷和西門子(Siemens)等?？梢灶A(yù)計(jì)未來微流控POCT將在醫(yī)療健康領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

圖5 (A) 用于PCR的微流控芯片示意圖[29]；(B) 用于檢測(cè)新型冠狀病毒的微流控芯片示意圖[32]

4.3 器官芯片(Organ on a chip)

2016年，器官芯片(organ on a chip)入選全球十大新興技術(shù)[34]，足見其研究的重要性和前瞻性。器官芯片是建立在微流控芯片上的生理器官仿生系統(tǒng)，其在組織界面和機(jī)械刺激方面模擬器官微環(huán)境、人體組織結(jié)構(gòu)和功能特征，是生理研究和體外藥物開發(fā)篩選的重要平臺(tái)。器官芯片成本低，不涉及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的倫理問題，是未來實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型最具潛力的替代技術(shù)[35]。

目前，器官芯片已經(jīng)可以模擬人體肺、肝、腸等重要器官，并借此搭建藥物評(píng)價(jià)平臺(tái)，研究藥物在重要器官內(nèi)的代謝[36-41]。研究者在芯片上共培養(yǎng)肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，向微通道施加壓力成功模擬了呼吸過程中肺泡的膨脹和收縮[36]，通過與銅綠假單胞菌共培養(yǎng)來構(gòu)建細(xì)菌感染模型，研究肺組織與細(xì)菌的相互作用[37]。在芯片上培養(yǎng)肝細(xì)胞構(gòu)建的肝芯片能夠形成膽小管[38]。腸道是負(fù)責(zé)消化和吸收的器官，是口服藥物必須跨越的屏障之一，它的作用對(duì)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)藥效很重要。有研究者在培養(yǎng)有小腸細(xì)胞的腸芯片上在線監(jiān)測(cè)了羅丹明的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，為藥物代謝的研究提供了參考[39]。這些研究表明機(jī)體代謝途徑能夠通過微流控芯片模擬體內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)來再現(xiàn)。更有價(jià)值的是，由于人體生理過程中各器官是協(xié)同工作的，微流控芯片可集成多個(gè)仿生器官構(gòu)建多器官芯片，用來研究藥物在多器官協(xié)同作用下的代謝情況，能夠再現(xiàn)器官體積比和血流速率比等生理參數(shù)[40]。在集成了肝臟和肺癌模型的多器官芯片上研究缺氧誘導(dǎo)的癌癥轉(zhuǎn)移，同時(shí)評(píng)價(jià)藥物對(duì)癌癥的治療效果是一個(gè)典型的例子(圖6)[41]。

圖6 (A) 肝臟-肺癌芯片的功能描述示意圖；(B) 芯片的結(jié)構(gòu)解析圖[41]

4.4 其他應(yīng)用

近年來，基于微流控芯片的微反應(yīng)器也引起了越來越多的關(guān)注。如前所述，微流控芯片的微尺度通道、池、孔等結(jié)構(gòu)能夠很好地控制流體，其間進(jìn)行生物大分子相互作用(如抗原-抗體)、化學(xué)反應(yīng)等，相比燒瓶、試管體系，更容易控制溫度，物質(zhì)的擴(kuò)散所需時(shí)間更短，傳熱、傳質(zhì)效率更高，更容易精確控制反應(yīng)時(shí)間，有效避免因反應(yīng)不充分或反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生的副產(chǎn)物，從而提高產(chǎn)率[42,43]。納米材料[42]、含能材料[43]、光催化劑[16]等在微流控芯片上的成功制備及活性評(píng)價(jià)驗(yàn)證了這些優(yōu)勢(shì)。

得益于微流控精確控制和操縱流體的能力，它在藥物遞送領(lǐng)域的研究也得到了快速而廣泛的發(fā)展。微流控芯片能夠精確控制藥物輸送速率、時(shí)間和位置，這對(duì)研究減少藥物副作用、提高藥物治療效果的方法有重要參考價(jià)值[44]。微流控芯片與質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)時(shí)在線檢測(cè)物質(zhì)及其含量的方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于細(xì)胞代謝和藥物代謝的分析，為藥物篩選提供了良好的研發(fā)和評(píng)價(jià)平臺(tái)[23]。

從以上所舉實(shí)例可以看出微流控技術(shù)在分析化學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。微流控作為一項(xiàng)具有顛覆性意義的新興技術(shù)，已經(jīng)成為分析化學(xué)不可或缺的組成部分。將這些生動(dòng)有趣的微流控技術(shù)研究實(shí)例引入分析化學(xué)教學(xué)，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5 結(jié)語

回顧微流控技術(shù)發(fā)展歷程，從早期微全分析概念的提出，到今天成為一門廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、材料、工程等眾多領(lǐng)域的交叉科學(xué)，其蘊(yùn)含的思政元素、體現(xiàn)的科學(xué)精神是鮮活的課程思政素材。在當(dāng)今醫(yī)療健康需求快速增長(zhǎng)的時(shí)代背景下，無論是疾病診斷還是藥物研發(fā)都對(duì)分析化學(xué)提出了新的要求。微流控體系所具備的集成化和微型化特征，完美契合分析化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。將常規(guī)容器中完成的分析操作微縮至郵票大小的芯片中，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞分析、POCT和器官芯片等，為分析化學(xué)滿足這些新要求提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了前沿性。微流控體系中的獨(dú)特現(xiàn)象、微流控芯片結(jié)構(gòu)的多樣性以及豐富多彩的實(shí)際應(yīng)用，也可以增加學(xué)習(xí)的趣味性。

同時(shí)，分析化學(xué)與微流控技術(shù)具有緊密的內(nèi)在聯(lián)系，這也是微流控技術(shù)早期主要集中在分析化學(xué)方面的原因。在分析化學(xué)中引入微流控技術(shù)并不突兀，不會(huì)影響分析化學(xué)課程自身的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)框架。通過合理的課程設(shè)計(jì)，將微流控技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容嵌入分析化學(xué)，尤其是儀器分析的教學(xué)過程中，不會(huì)明顯增加課時(shí)需求。從這個(gè)角度看，追求“精”和“準(zhǔn)”的分析化學(xué)核心理念與微流控的“微”型化本質(zhì)具有高度一致的目標(biāo)。不僅是“精準(zhǔn)”入“微”或者“微”入“精準(zhǔn)”，而且是“微”為“精準(zhǔn)”，也就是說微流控技術(shù)是分析化學(xué)的發(fā)展方向之一，將微流控技術(shù)引入分析化學(xué)不僅可行而且非常必要。