强悍的微流控芯片

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从1990年Manz等人首次提出了微型全分析系统的概念，到2003年Forbes杂志将微流控技术评为影响人类未来15件最重要的发明之一，微流控技术得到了飞速的发展，其中的微流控芯片技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在生物、化学、医药等领域都发挥着巨大的作用，成为科学家手中流动的"芯"。

微流控芯片技术

微流控，是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。通过在微尺度下流体的控制，在20世纪80年代，微流控技术开始兴起，并在DNA芯片，芯片实验室，微进样技术，微热力学技术等方向得到了发展。

微流控分析芯片最初在美国被称为"芯片实验室"(lab-on-a-chip)，在欧洲被称为"微整合分析芯片"(micrototal analytical systems)，它是微流控技术(Microfluidics)实现的主要平台，可以把生物、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。有着体积轻巧、使用样品及试剂量少，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点的微流控芯片，在生物、化学、医学等领域有着的巨大潜力，近年来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。

微流控芯片的原理



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。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA 杂交反应的微型反应器等 。其中电压驱动的毛细管电泳(Capillary Electrophoresis ， CE) 比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百种样品的平行分析。自1992 年微流控芯片CE 首次报道以来，进展很快？首台商品仪器是微流控芯片CE ( 生化分析仪，Aglient) ，可提供用于核酸及蛋白质分析的微流控芯片产品。

微流控芯片的发展

微全分析系统的概念是在1990年首次由瑞士Ciba2Geigy公司的Manz与Widmer提出的，当时主要强调了分析系统的"微"与"全"，及微管道网络的MEMS加工方法，而并未明确其外型特征。次年Manz等即在平板微芯片上实现了毛细管电泳与流动。微型全分析系统当前的发展前沿。微流控分析系统从以毛细管电泳分离为核心分析技术发展到液液萃取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。其中多相层流分离微流控系统结构简单，有多种分离功能，具有广泛的应用前景。已有多篇文献报道采用多相层流技术实现芯片上对试样的无膜过滤、无膜渗析和萃取分离。同时也有采用微加工有膜微渗析器完成质谱分析前试样前处理操作的报道。流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力、气压、重力、离心力、剪切力等多种手段。

直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显著地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。

微流控芯片的特点

芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也归来越大，使着微流控芯片有着强大的集成性。同时可以 大量平行处理样品，具有高通量的特点，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析样品所需要的试剂量仅几微升至几十个微升，被分析的物质的体积甚至在纳升级或皮升级。

廉价，安全，因此，微流控分析系统在微型化。集成化合便携化方面的优势为其在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。

微流控芯片的前景

微流控分析芯片最初只是作为纳米技术革命的一个补充，在经历了大肆宣传及冷落的不同时期后，最终却实现了商业化生产。微流控分析芯片最初在美国被称为"芯片实验室"(lab-on-a-chip)，在欧洲被称为"微整合分析芯片"(micrototal analytical systems)，随着材料科学、微纳米加工技术和微电子学所取得的突破性进展，微流控芯片也得到了迅速发展，但还是远不及"摩尔定律"所预测的半导体发展速度。

原则上，微流控芯片可以用于各个分析领域，如生物医学、新药物的合成与筛选、以及食品和商品检验、环境监测、刑事科学、军事科学和航天科学等其他重要应用领域，其中生物分析是热点。目前其应用主要集中在核酸分离和定量、DNA 测序、基因突变和基因差异表达分析等。另外，蛋白质的筛分在微流控芯片中也已有报道针对病原微生物基因组的特征性片段、染色体DNA 的序列多态型？基因变异的位点及特征等，设计和选择合适的核酸探针，经PCR 扩增后检测，就能获得病原微生物种属、亚型、毒力、抗药、致病、同源性、多态型、变异和表达等信息，为疾病的诊断和治疗提供一个很好的切入点。

国际上公认的PCR 产物检测共有五种方法，按其灵敏度高低顺序排列为：毛细管电泳法、固相杂交法、液相杂交法、高压液相杂交法和凝胶电泳法(不推荐临床) 。微流控芯片CE 以毛细管电泳为该芯片主体，无需进行探针杂交，受检样品的信号获得率接近百分之百。微流控芯片CE 可检测15~7500bp范围的PCR 产物，分辨率可达20bp ，样品微量化使扩散进一步减少，分离效果极好，每孔可供多个不同的PCR 产物作同时分析。

我国在微流控分析方面的研究虽然起步较国外晚了四到五年，但在多个相关的学科领域都具有足够的积累与优势，我国具有世界上最大的微流控芯片市场，用中国的芯片产品占领这一市场是我国科学家责无旁贷的使命。3月26日多名微流控领域的专家也将参加在上海举办的2015(第三届)先进体外诊断技术峰会，共同对微流控的先进技术进行总结和分析，对我国的微流控芯片研究领域进行更多的解读。相信经过不懈的努力，微流控芯片蓬勃的发展在我国很快将会到来。

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体外诊断新宠儿：微流控芯片

　　近年来，各种新技术、新方法的兴起和融合，促进了体外诊断（IVD）仪器、试剂的开发应用和更新换代。根据威尼研究所的研究，中国体外诊断市场快速发展，预计将在未来的10~15年内超过美国，成为世界上最大的体外诊断市场。而根据工信部发布的2015国内体外诊断（IVD）产业现状蓝皮书数据，2014年IVD市场占到国内医疗器械市场的16%（440亿元），IVD行业已成为整个医械市场的重要增长极，中国医药工业信息中心更预测2019年IVD市场规模将达到723亿元。

　　那么，在这样一个宏大的市场上，微流控芯片技术如何脱颖而出引领一个新潮流呢？

　　其实，在上世纪80年代纳米技术革命中，微流控芯片还只是其中的一个小分支，90年代末，在研究芯片衬底的材料科学和微通道的流体移动技术得到发展后，微流控技术也取得了较大的进步，终于在体外诊断运用方面找到突破口，重新出现在大众视野，并最终成功实现商业化。

　　微流控芯片能把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等一系列基本操作单元整合到一个微米尺寸的芯片上，同时，微通道形成的网络，能够贯穿整个系统，具有便携、低能耗、易于制作、易于掌握等优点，易于满足生命科学对生物样品进行低剂量、更高效、高灵敏、快速分离分析的需求。

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2015年4月11日，中国电子信息博览会系列活动之『第十四届“微言大义”研讨会：微流控与生物芯片』走进创新之城——深圳。本次会议由中国传感网国际创新园、中国电子器材总公司、中国科学院深圳先进技术研究院、上海市物联网行业协会智能传感器专委会、中国微纳技术俱乐部和无锡麦姆斯咨询有限公司主办，吸引了120多位来自知名企业、重点高校和研究机构的专业人士参加，上演了一场精彩的微流控领域学术和产业、国际与国内的思维碰撞大戏。


“微言大义”研讨会主持人王懿介绍会议背景

（1）微流控细胞分选及单细胞基因分析技术：中科院深圳先进技术研究院 副研究员 陈艳

美国总统奥巴马于2015年宣布启动精准医疗计划，中国将在2015下半年或明年启动精准医疗计划，2030年前投入600亿元。基于精准医疗这一大背景，中科院深圳先进技术研究院副研究员陈艳为大家分享了“微流控细胞分选及单细胞基因分析技术”的报告。早在2012年，中科院深圳先进技术研究院就研制了用于肿瘤细胞基因表达水平评估的高通量微流控芯片，这一技术可发展成为癌症的早期诊断和分析的新型技术。与传统实验室自动化系统相比，微流控具有提高检测灵敏度、高通量并行化操作、减少样品污染、减少误差和不稳定性、提高反应效率的技术优势，借助这些优势，微流控技术助力精准医疗，将为癌症诊断和治疗带来革命性突破。


陈艳介绍微流控技术助力精准医疗

报告内容从三方面展开：（1）微流控细胞分选:运用CTC分离富集平台高效、精准分离出血液中的稀有细胞。（2）微流控单细胞分析:如何对单个细胞进行操控和基因分析。（3）微流控芯片产业化思考：从芯片制备工艺出发，提出量产方案。

（2）IMT公司在微流控MEMS工艺方面的经验：Innovative Micro Technology 中国区总经理 Joseph Luo

Joseph Luo分享了IMT公司的开放式MEMS代工服务及在微流控工艺方面的经验。作为美国最大的纯MEMS代工厂，IMT拥有近15年的MEMS工艺开发经验，客户案例超过350项，其中有50种微流控器件，包括微泵、微阀、微通道和流体传感器。凭借专业的微流控设计经验和模型建立，解决客户定制化需求。IMT除了现有的一条6寸线，还在建设一条8寸线，以满足更多客户的量产需求。最后，为了方便大家理解微阀门工作原理，Joseph Luo给大家播放了一段微泵运行视频。


Joseph Luo现场解答听众提问
（3）Silex Microsystems在医疗与生物MEMS方面的工艺能力与量产经验：Silex Microsystems 中国区代表 覃裕平

Silex成立于2000年，是一家专注于MEMS晶圆代工的瑞典厂商。除MEMS晶圆代工外，Silex不碰传统CMOS IC代工业务,因此深受MEMS设计公司青睐。目前Silex客户群涵盖面想当广泛，全球共有超过80家客户。Silex医疗与生物MEMS产品主要包含细胞分析芯片、芯片实验室、药物传输设备、超微电极、微针、DNA分析等。覃裕平说道：“MEMS与市场间的最大障碍是，从设计概念到批量生产的开发时间通常要3年甚至更多。这使MEMS厂商很难及时追逐市场，并提高了产品创新的成本。因此，MEMS代工厂最重要的任务是缩短上市时间。”


覃裕平介绍Silex医疗与生物芯片产品

（4）新一代分子诊断平台——微流控碟式芯片：博奥生物微系统部 主任 王磊

从2003年的SARS病毒到2014年的埃博拉病毒，公共卫生防控形势变得日趋严峻。随着人们生活水平的提高，对食品安全问题的关注度也随着提高，但现有监控手段却显得力不从心。临床诊断领域，虽然有金标准出台，却依旧面临不足。近几年大热的基因检测，有其优点，缺点也显而易见。


王磊讲解博奥生物微流控碟式芯片平台的六大优势

如何解决上述问题？博奥生物作为国内生物芯片领域的领导者，推出了具有博奥专利的微流控碟式芯片平台，结合恒温扩增技术，轻松实现实现多指标并行检测；配置灵活；节省人力、物力；简便易用；良好兼容；降低开发难度。

博奥生物微系统部主任王磊为大家分享了利用微流控碟式芯片平台实现的三大应用案例。应用案例一：呼吸道病原菌检测。博奥晶芯呼吸道病原体快速检测方案全过程：提取痰样本——对症下药，耗时约2-2.5小时。目前已完成临床试验3000余例。应用案例二：食品致病菌检测。只需1.5微升的样品反应试剂，缓缓滴流入碟式芯片反应池中，是否感染细菌、感染什么细菌很快就能揭晓。应用案例三：水产品病原微生物检测。王磊也提出微流控类产品开发的两个关键点。关键点之一：产品定位，在通用性与专一性之间做出取舍；关键点之二：芯片制造，解决微流控芯片批量化生产问题。博奥生物的微流控碟式芯片已经在多家医院、机构及企业展开应用。

提到未来分子诊断平台的发展趋势，王磊指出应该是全自动仪器+一次性卡盒的模式。最后，他对博奥生物微流控芯片在分子诊断中的应用及未来做出展望：博奥生物致力于开创中国生物“芯”纪元。一张芯片，既是一个持续发展的开放技术平台、也是一套完整的分子检测解决方案。

（5）LPKF无掩膜激光直接成像技术制作微流体芯片：乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理 尤连旺


尤连旺介绍LPKF LDI应用于微流控芯片成品制造

乐普科（LPKF）是一家总部位于德国的上市公司，2000年在中国注册成立子公司：乐普科(天津)光电有限公司。乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理尤连旺分享了乐普科的激光设备及技术。随着激光技术的发展，将激光技术直接应用于微米级元件的制作，价格低廉且速度更快。乐普科运用无掩膜激光直接成像技术制作帮助实验室快速制做微流体样品。乐普科（LPKF）ProtoLaser LDI是一款无需掩模的激光直接成像设备，一束激光即可直接完成感光胶的曝光。操作简单，内置承载装置，将样品放入即可直接制作。运用LPKF LDI做出来的微流控芯片成品，具有高深宽比、边缘平滑、曝光时间短、操作简单等特性。实验室生物芯片制作设备很大程度上促进了芯片小型化的制作过程并且减少了液体采样量，避免样本量的浪费。LDI设备为医学、生物学、化学和物理学等领域的研发带来了诸多可能性。制成的样品可应用于血液细胞分析，医疗诊断和筛查、传感器（化学、生物、环境和武器技术；汽车工程），化学合成和物理实验。

（6）基于微流控芯片技术的新一代临床检验系统：天津微纳芯科技有限公司 联合创始人兼CTO 王战会

基于中国“看病贵、看病难”这一最突出的民生问题，微纳芯开发出了基于微流控技术的全自动生化分析系统Celercare M1——全自动生化分析仪和微流控试剂盘，Celercare M1已于2013年获得国家药监局医疗器械注册证书。Celercare M1具有微型化；成本低、样品用量少，只需一滴血；多种指标可以同时检测；检测速度快，大约10分钟左右；操作简单易维护的优点，符合国家行业标准且检测性能与进口大型生化分析仪相比丝毫不逊色。目前该生化分析仪已经成功运用于部分三甲医院。王战会认为新一代临床检验系统的最终目标是从实验室走向家庭和个人。


王战会介绍Celercare M1在各大领域的成功应用

基层医疗机构面临面积小、人员少、缺少专业技术人员、检验量低、对检验成本敏感等挑战，借助Celercare M1，可以解决上述问题，并轻松实验生化检验项目。王战会为大家分享了该生化分析系统从三甲医院到医院乡村卫生院的成功应用，值得一提的是，Celercare M1已经成为中国空间站航天员专用生化分析系统。可以预见，未来适合国人的临床检验系统将更快、更好地走进基层，“看病贵、看病难”这一困扰我们多年的问题在生化分析系统的帮助下将逐步缓解。

（7）先进微流量控制与反应器：SemiOptics 创始人兼CEO 黄硕彦


黄硕彦介绍SemiOptics的微结构加工能力

SemiOptics总部位于无锡，在台北、北京、深圳均设有销售代表。SemiOptics创始人兼CEO黄硕彦分享了微流道应用细分市场及微流道的优点：产量高、安全、发展速度快、成本低等。在微流控芯片发展初期，微流道的基底材料主要是玻璃，这主要是由于其加工方法是从半导体工业转移而来以及玻璃材料的表面特性。随着制造和加工技术的不断进步，SemiOptics的微结构加工能力已经能达到最小30um孔径，10um凹槽，10um切沟，并且可以选择不同组合的加工技术。微流道作为微型化时代的明日之星，具有高良率与可选择性、改进能源使用效率、快速反应、容易操作与高安全性、投资成本低等优点。

（8）微流控芯片的工业化加工技术：苏州含光微纳科技有限公司 总经理 陈兢

芯片产业化一直是微流控专业人士最关心的问题，作为压轴出场的演讲嘉宾，陈兢演讲的“微流控芯片的工业化加工技术”受到强烈关注，陈兢一针见血指出目前微流控芯片制造面临的两大挑战：其一：尺寸缩减（50um以下）：提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能；其二：成本控制（$1以下）：产品在激烈市场竞争中生存之本。


陈兢总结微流控芯片规模化生产的两大挑战

尺寸缩减有助于提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能。

* 驱动：尺寸减小表面张力增大；多样化的尺寸变化可以提升表面张力自驱输运的性能（控制速度，停留时间等）。

* 分离：尺寸减小有利于减小Taylor dispersion，有利于提高电泳性能，特别是小分子电泳分离（需要长分离同道）。

* 检测：更为精确的尺寸控制以及更接近生物目标对象（细胞、细菌）有利于提高检测精度。

成本控制则是产品在激烈市场竞争中的生存之本。目前，微流控技术缺少杀手锏级别的应用。对于大中企业而言，虽然技术升级，但价格始终保持不变。对于初创企业而言，初期的制造成本又太高，无法与大中企业的产品形成价格优势对比。

为大家分析了微流控芯片制造所面临的挑战后，陈兢带着公司产品:一次性细胞计数板为大家介绍了含光微纳的跨尺度精密注塑解决方案，该方案突破了微模芯制造和高深宽比微成型两大瓶颈；具有效率高、成本低的优势。含光微纳致力于提供多材料规模化微纳制造解决方案，为科研院所及产业界提供微流控与生物芯片的设计、原型制造和量产化代加工服务。

最后，陈兢给大家解释了“含光微纳”所代表的含义及其制作合作伙伴--苏州美图半导体技术有限公司和苏州锐材半导体。这两家公司与含光微纳一起，致力于微流控芯片的规模化加工。

作为一种通用性平台，微流控技术目前已经被广泛应用在大专院校和科研机构的生物实验室。专业人士也表示微流控芯片技术已经达到产业化前夕，一旦达到民用化程度，其市场潜力将无可估量。

微流控技术作为微全分析系统的关键与核心一直是MEMS领域中的一个研究重点，又由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，微流控技术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，因此，该领域所受到的关注也越来越多。本次“微言大义”研讨会，为微流控专业人士和爱好者提供了一个广阔的交流平台，很好地促进了国内外微流控专业人士间的合作。在最后的自由交流环节，参会人员与演讲嘉宾进行了热烈的讨论。


“微言大义”参会人员会后自由交流

通过本次研讨会，我们了解到国外微流控工艺制造大厂正在不断改进其工艺和设计；国内微流控相关企业在领头羊的带领下正不断追赶；部分科研院校也在不断探索如何将微流控芯片带出实验室，走向市场。一股流动在国际与国内的“芯”力量，共同促进微流控芯片产业化的加速发展。如陈兢所说：十年一剑，含光之剑。在大家的通力合作和共同努力下，微流控产业化技术将开启生物医疗“芯”时代，造福千家万户。

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2015年4月11日，中国电子信息博览会系列活动之『第十四届“微言大义”研讨会：微流控与生物芯片』走进创新之城——深圳。本次会议由中国传感网国际创新园、中国电子器材总公司、中国科学院深圳先进技术研究院、上海市物联网行业协会智能传感器专委会、中国微纳技术俱乐部和无锡麦姆斯咨询有限公司主办，吸引了120多位来自知名企业、重点高校和研究机构的专业人士参加，上演了一场精彩的微流控领域学术和产业、国际与国内的思维碰撞大戏。


“微言大义”研讨会主持人王懿介绍会议背景

（1）微流控细胞分选及单细胞基因分析技术：中科院深圳先进技术研究院 副研究员 陈艳

美国总统奥巴马于2015年宣布启动精准医疗计划，中国将在2015下半年或明年启动精准医疗计划，2030年前投入600亿元。基于精准医疗这一大背景，中科院深圳先进技术研究院副研究员陈艳为大家分享了“微流控细胞分选及单细胞基因分析技术”的报告。早在2012年，中科院深圳先进技术研究院就研制了用于肿瘤细胞基因表达水平评估的高通量微流控芯片，这一技术可发展成为癌症的早期诊断和分析的新型技术。与传统实验室自动化系统相比，微流控具有提高检测灵敏度、高通量并行化操作、减少样品污染、减少误差和不稳定性、提高反应效率的技术优势，借助这些优势，微流控技术助力精准医疗，将为癌症诊断和治疗带来革命性突破。


陈艳介绍微流控技术助力精准医疗

报告内容从三方面展开：（1）微流控细胞分选:运用CTC分离富集平台高效、精准分离出血液中的稀有细胞。（2）微流控单细胞分析:如何对单个细胞进行操控和基因分析。（3）微流控芯片产业化思考：从芯片制备工艺出发，提出量产方案。

（2）IMT公司在微流控MEMS工艺方面的经验：Innovative Micro Technology 中国区总经理 Joseph Luo

Joseph Luo分享了IMT公司的开放式MEMS代工服务及在微流控工艺方面的经验。作为美国最大的纯MEMS代工厂，IMT拥有近15年的MEMS工艺开发经验，客户案例超过350项，其中有50种微流控器件，包括微泵、微阀、微通道和流体传感器。凭借专业的微流控设计经验和模型建立，解决客户定制化需求。IMT除了现有的一条6寸线，还在建设一条8寸线，以满足更多客户的量产需求。最后，为了方便大家理解微阀门工作原理，Joseph Luo给大家播放了一段微泵运行视频。


Joseph Luo现场解答听众提问
（3）Silex Microsystems在医疗与生物MEMS方面的工艺能力与量产经验：Silex Microsystems 中国区代表 覃裕平

Silex成立于2000年，是一家专注于MEMS晶圆代工的瑞典厂商。除MEMS晶圆代工外，Silex不碰传统CMOS IC代工业务,因此深受MEMS设计公司青睐。目前Silex客户群涵盖面想当广泛，全球共有超过80家客户。Silex医疗与生物MEMS产品主要包含细胞分析芯片、芯片实验室、药物传输设备、超微电极、微针、DNA分析等。覃裕平说道：“MEMS与市场间的最大障碍是，从设计概念到批量生产的开发时间通常要3年甚至更多。这使MEMS厂商很难及时追逐市场，并提高了产品创新的成本。因此，MEMS代工厂最重要的任务是缩短上市时间。”


覃裕平介绍Silex医疗与生物芯片产品

（4）新一代分子诊断平台——微流控碟式芯片：博奥生物微系统部 主任 王磊

从2003年的SARS病毒到2014年的埃博拉病毒，公共卫生防控形势变得日趋严峻。随着人们生活水平的提高，对食品安全问题的关注度也随着提高，但现有监控手段却显得力不从心。临床诊断领域，虽然有金标准出台，却依旧面临不足。近几年大热的基因检测，有其优点，缺点也显而易见。


王磊讲解博奥生物微流控碟式芯片平台的六大优势

如何解决上述问题？博奥生物作为国内生物芯片领域的领导者，推出了具有博奥专利的微流控碟式芯片平台，结合恒温扩增技术，轻松实现实现多指标并行检测；配置灵活；节省人力、物力；简便易用；良好兼容；降低开发难度。

博奥生物微系统部主任王磊为大家分享了利用微流控碟式芯片平台实现的三大应用案例。应用案例一：呼吸道病原菌检测。博奥晶芯呼吸道病原体快速检测方案全过程：提取痰样本——对症下药，耗时约2-2.5小时。目前已完成临床试验3000余例。应用案例二：食品致病菌检测。只需1.5微升的样品反应试剂，缓缓滴流入碟式芯片反应池中，是否感染细菌、感染什么细菌很快就能揭晓。应用案例三：水产品病原微生物检测。王磊也提出微流控类产品开发的两个关键点。关键点之一：产品定位，在通用性与专一性之间做出取舍；关键点之二：芯片制造，解决微流控芯片批量化生产问题。博奥生物的微流控碟式芯片已经在多家医院、机构及企业展开应用。

提到未来分子诊断平台的发展趋势，王磊指出应该是全自动仪器+一次性卡盒的模式。最后，他对博奥生物微流控芯片在分子诊断中的应用及未来做出展望：博奥生物致力于开创中国生物“芯”纪元。一张芯片，既是一个持续发展的开放技术平台、也是一套完整的分子检测解决方案。

（5）LPKF无掩膜激光直接成像技术制作微流体芯片：乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理 尤连旺


尤连旺介绍LPKF LDI应用于微流控芯片成品制造

乐普科（LPKF）是一家总部位于德国的上市公司，2000年在中国注册成立子公司：乐普科(天津)光电有限公司。乐普科（LPKF）快速电路板制作系统总经理尤连旺分享了乐普科的激光设备及技术。随着激光技术的发展，将激光技术直接应用于微米级元件的制作，价格低廉且速度更快。乐普科运用无掩膜激光直接成像技术制作帮助实验室快速制做微流体样品。乐普科（LPKF）ProtoLaser LDI是一款无需掩模的激光直接成像设备，一束激光即可直接完成感光胶的曝光。操作简单，内置承载装置，将样品放入即可直接制作。运用LPKF LDI做出来的微流控芯片成品，具有高深宽比、边缘平滑、曝光时间短、操作简单等特性。实验室生物芯片制作设备很大程度上促进了芯片小型化的制作过程并且减少了液体采样量，避免样本量的浪费。LDI设备为医学、生物学、化学和物理学等领域的研发带来了诸多可能性。制成的样品可应用于血液细胞分析，医疗诊断和筛查、传感器（化学、生物、环境和武器技术；汽车工程），化学合成和物理实验。

（6）基于微流控芯片技术的新一代临床检验系统：天津微纳芯科技有限公司 联合创始人兼CTO 王战会

基于中国“看病贵、看病难”这一最突出的民生问题，微纳芯开发出了基于微流控技术的全自动生化分析系统Celercare M1——全自动生化分析仪和微流控试剂盘，Celercare M1已于2013年获得国家药监局医疗器械注册证书。Celercare M1具有微型化；成本低、样品用量少，只需一滴血；多种指标可以同时检测；检测速度快，大约10分钟左右；操作简单易维护的优点，符合国家行业标准且检测性能与进口大型生化分析仪相比丝毫不逊色。目前该生化分析仪已经成功运用于部分三甲医院。王战会认为新一代临床检验系统的最终目标是从实验室走向家庭和个人。


王战会介绍Celercare M1在各大领域的成功应用

基层医疗机构面临面积小、人员少、缺少专业技术人员、检验量低、对检验成本敏感等挑战，借助Celercare M1，可以解决上述问题，并轻松实验生化检验项目。王战会为大家分享了该生化分析系统从三甲医院到医院乡村卫生院的成功应用，值得一提的是，Celercare M1已经成为中国空间站航天员专用生化分析系统。可以预见，未来适合国人的临床检验系统将更快、更好地走进基层，“看病贵、看病难”这一困扰我们多年的问题在生化分析系统的帮助下将逐步缓解。

（7）先进微流量控制与反应器：SemiOptics 创始人兼CEO 黄硕彦


黄硕彦介绍SemiOptics的微结构加工能力

SemiOptics总部位于无锡，在台北、北京、深圳均设有销售代表。SemiOptics创始人兼CEO黄硕彦分享了微流道应用细分市场及微流道的优点：产量高、安全、发展速度快、成本低等。在微流控芯片发展初期，微流道的基底材料主要是玻璃，这主要是由于其加工方法是从半导体工业转移而来以及玻璃材料的表面特性。随着制造和加工技术的不断进步，SemiOptics的微结构加工能力已经能达到最小30um孔径，10um凹槽，10um切沟，并且可以选择不同组合的加工技术。微流道作为微型化时代的明日之星，具有高良率与可选择性、改进能源使用效率、快速反应、容易操作与高安全性、投资成本低等优点。

（8）微流控芯片的工业化加工技术：苏州含光微纳科技有限公司 总经理 陈兢

芯片产业化一直是微流控专业人士最关心的问题，作为压轴出场的演讲嘉宾，陈兢演讲的“微流控芯片的工业化加工技术”受到强烈关注，陈兢一针见血指出目前微流控芯片制造面临的两大挑战：其一：尺寸缩减（50um以下）：提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能；其二：成本控制（$1以下）：产品在激烈市场竞争中生存之本。


陈兢总结微流控芯片规模化生产的两大挑战

尺寸缩减有助于提升微流控芯片的驱动、分离和检测性能。

* 驱动：尺寸减小表面张力增大；多样化的尺寸变化可以提升表面张力自驱输运的性能（控制速度，停留时间等）。

* 分离：尺寸减小有利于减小Taylor dispersion，有利于提高电泳性能，特别是小分子电泳分离（需要长分离同道）。

* 检测：更为精确的尺寸控制以及更接近生物目标对象（细胞、细菌）有利于提高检测精度。

成本控制则是产品在激烈市场竞争中的生存之本。目前，微流控技术缺少杀手锏级别的应用。对于大中企业而言，虽然技术升级，但价格始终保持不变。对于初创企业而言，初期的制造成本又太高，无法与大中企业的产品形成价格优势对比。

为大家分析了微流控芯片制造所面临的挑战后，陈兢带着公司产品:一次性细胞计数板为大家介绍了含光微纳的跨尺度精密注塑解决方案，该方案突破了微模芯制造和高深宽比微成型两大瓶颈；具有效率高、成本低的优势。含光微纳致力于提供多材料规模化微纳制造解决方案，为科研院所及产业界提供微流控与生物芯片的设计、原型制造和量产化代加工服务。

最后，陈兢给大家解释了“含光微纳”所代表的含义及其制作合作伙伴--苏州美图半导体技术有限公司和苏州锐材半导体。这两家公司与含光微纳一起，致力于微流控芯片的规模化加工。

作为一种通用性平台，微流控技术目前已经被广泛应用在大专院校和科研机构的生物实验室。专业人士也表示微流控芯片技术已经达到产业化前夕，一旦达到民用化程度，其市场潜力将无可估量。

微流控技术作为微全分析系统的关键与核心一直是MEMS领域中的一个研究重点，又由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，微流控技术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，因此，该领域所受到的关注也越来越多。本次“微言大义”研讨会，为微流控专业人士和爱好者提供了一个广阔的交流平台，很好地促进了国内外微流控专业人士间的合作。在最后的自由交流环节，参会人员与演讲嘉宾进行了热烈的讨论。


“微言大义”参会人员会后自由交流

通过本次研讨会，我们了解到国外微流控工艺制造大厂正在不断改进其工艺和设计；国内微流控相关企业在领头羊的带领下正不断追赶；部分科研院校也在不断探索如何将微流控芯片带出实验室，走向市场。一股流动在国际与国内的“芯”力量，共同促进微流控芯片产业化的加速发展。如陈兢所说：十年一剑，含光之剑。在大家的通力合作和共同努力下，微流控产业化技术将开启生物医疗“芯”时代，造福千家万户。

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大家好，我是叶嘉明。首先非常感谢贝壳社为我们提供这么好的一个交流机会与平台，我也非常高兴能够有这个机会和各位一起来探讨微流控芯片技术！

微流控芯片已经发展成为一门涉及材料、化学、物理、微机电、生物、医学等领域的综合性交叉学科，我从2003年研究生阶段在导师田昭武院士的引领下有幸进入这个前沿领域，先后从事基础研究、应用研究、产品开发工作，到今天开始走上创业的道路，也仅仅只能说局部地领略到微流控芯片这个伟大“艺术平台”的魅力。因此，今天在有限的时间里，我主要结合个人体会谈谈微流控芯片技术的一些观点，希望能够起到“抛砖引玉”的作用。

另外，本人在博士后阶段师从于微流控芯片领域著名专家——林炳承教授，此次分享的内容部分引用了中科院团队近二十年来在微流控芯片领域丰硕的科研成果，以及导师林炳承教授的观点。

今天我和大家分享的主题是“微流控芯片——注定要被深度产业化的科学技术”。


1. 叶博士您好，请问在POCT领域，微流控应用比较成熟的方向有哪些？上面看到雅培的血气分析仪，国内这方面有产品的，有哪些方向？领头的企业是？

叶博士：目前，POCT，微流控芯片的主要应用主要是在体外诊断领域。理论上，传统的生化、免疫的POCT检测技术比较容易、也最可能在微流控芯片平台上实现。如前所述，微流控POCT领域的产业化是现在所有人最为关注的方向。也已经有不少的企业开始开展微流控POCT产品的开发。包括一些以微流控芯片为主要核心技术的生物企业，例如博奥生物、天津微纳芯等等；另外据我所知，很多的传统POCT，例如免疫层析试纸的企业，也都有在开展微流控芯片产品的研发。

2. 叶博士您好，以安捷伦2100为例，虽然其目前作为微流控电泳已经比较成熟，但其耗材成本却远高于毛细管电泳，更高于传统手工电泳，这个问题您怎么看？

叶博士：在微流控芯片电泳方面，Agilent 2100 生物分析仪已经取代了繁琐的凝胶电泳技术成为RNA 样品质量控制 (QC) 的行业标准。同时在 DNA 片段分析和蛋白样品 SDS-PAGE 分析中迅速取代凝胶电泳技术。由于国内产业化落后和技术垄断，目前国外的微流控产品的确在仪器和芯片价格上还很高，这与目前整个仪器分析领域的情况是一样的。希望未来在微流控芯片产业化方面，国内的企业能够开发生产更多国产化的、性价比高的微流控产品，从而解决这一成本问题。

3. 叶博士您好，对微流控技术分离CTC细胞是否关注，能否帮我们做一个进展综述，谢谢！

叶博士：在微流控芯片平台上进行CTC细胞的筛选和检测，是目前的一大研究热点。这个咱们可以线下进一步交流？

4. 叶博士您好，Nanotube-based POCT与微流控是同一类技术吗，一个是纳米级的，一个是微米级的。

叶博士：现在微流控领域有一个重要的发展方向，微纳流控，事实上，纳米级的通道中流体的运行与微米级结构中有相同的地方，也有许多截然不同的现象和原理。

5. 叶博士您好，我认为微流控不可能完全取代传统大仪器。虽然优点多，但是因为小，质量控制就很难做。 对加工人员要求高，后续仪器大，也都是瓶颈。 除非现在的微流控摆脱目前材质的局限，而且真正出现一个killer应用，其它的仪器完全无法做或者做的效果很差。

叶博士：不同的分析技术各有优缺点，微流控芯片在分析领域作为“微全分析”的一种工具，在现场、快速、无需专业人员操作、低成本上，对比大型分析仪器，具有显著的优势，适合于现场快速筛查。目前的电子微加工工艺已经非常成熟，并且已经有成功的微流控芯片商业化的案例。只能说产业化的成功，不是简单依靠某一个工艺技术而实现。

6. 叶博士您好，比如几十个微米级别的精细金属模具的加工能力，国内就跟不上。这方面国外就做得很成熟，但是价格很高。这是个空白，也是个商机。

叶博士：非常赞同这个观点，微流控芯片是挑战，也是机遇。从我产品开发的经验上来讲，一个成功的微流控芯片产品，并非一定要追求“过分”的“微”而“全”，例如在食品安全，或者环境水检测，样本量一般不去考虑纳升或者微升；另外，一个好的产品，或许可以是解决某一方面的“痛点”，如执行客户操作最简便的芯片分析功能；实现这个产品目标，即使是“毫流控”也未尝不可，而并不一定要几微米或几十微米级别的芯片。