近期，山东大学海洋研究院韩琳教授团队和晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队共同发表综述，主要讨论了微流控条形码生物芯片技术在生物分子和单细胞高通量筛选中的应用，包括对当前高通量检测和分析方法的概述、微流控设备的最新进展、自组装基底材料的研究与特定应用，以及该技术在临床诊断和治疗中的潜力和面临的挑战。相关研究成果以“Microfluidic Barcode Biochips for High-Throughput Real-Time Biomolecule and Single-Cell Screening”为题目，发表在期刊《Engineering》上。

本文要点：

1、介绍了微流控条形码生物芯片技术的优势，包括高通量、高灵敏度、低成本等，并与其他微流控技术如微滴技术、微阵列技术进行了对比。

2、总结了用于微流控条形码生物芯片的自组装基底材料，包括聚赖氨酸（PLL）、纳米材料（GO、GOQD、量子点、ZnO）以及纳米复合材料，并分析了它们的优缺点。

3、详细介绍了微流控条形码生物芯片在生物标志物（蛋白质、微小RNA、循环肿瘤DNA）检测和单细胞分析（单细胞分泌蛋白、单细胞外泌体）方面的应用，展示了其高通量、高灵敏度的检测能力。

4、讨论了微流控条形码生物芯片技术的发展前景和挑战，如基底材料的稳定性、均一性和大规模生产等，旨在为该技术在临床诊断和治疗中的使用及其大规模商业化做出贡献。

一张图读懂全文：

微流控条形码生物芯片相比传统检测方法具有以下优势：

1、高通量检测能力：能够在单个实验中同时检测多个生物标记物，提高了检测效率和样本处理速度。

2、高灵敏度和低检测限：利用微流控技术结合先进的检测手段，如荧光、电化学等，实现对极低浓度生物分子的灵敏检测。

3、快速反应时间：微流控芯片可以在短时间内完成复杂的生物化学反应和分析过程。

4、微型化和便携性：微流控系统通常体积小，便于携带和集成到便携式设备中，有利于现场快速检测。

5、减少样本需求量：由于反应体积小，所需试剂和样本量也相应减少，这对于珍贵样本尤为重要。

6、避免交叉污染：微流控芯片的封闭和隔离特性减少了样本之间的交叉污染风险。

7、集成度和自动化：微流控技术可以集成多个步骤和组件，实现高度自动化的检测流程，减少人为操作误差。

微流控条形码生物芯片在商业化过程中面临的挑战包括：

1、材料限制：可用的基底材料种类相对有限，且每种材料都有其特定的适用范围和条件，需要开发新的、具有良好属性和稳定性的材料。

2、技术集成：将微流控条形码技术与其他技术集成，形成多种分析方法，以实现高通量检测，这需要高度的技术协同和创新。

3、生产规模化：从实验室研究到大规模生产的转变需要解决工艺放大和成本控制的问题。

4、稳定性和均一性：确保大规模生产中芯片的稳定性和均一性，避免批次间差异。

5、灵敏度和重复性：提高检测的灵敏度和重复性，满足临床诊断的高标准要求。

6、临床验证和法规遵从：需要进行广泛的临床验证，以确保检测结果的准确性和可靠性，并符合相关医疗法规和标准。

图1.用于高通量检测的微流控设备示意图。

图2.微流控条形码技术的研究进展。

图3.基于PLL材料的自组装微流控基底的应用。

图4.基于GO和GOQD纳米材料的自组装微流控基底的应用。

图5.基于QDs和ZnO纳米材料的自组装微流控基底的应用。

图6.基于纳米复合材料的自组装微流控基底的应用。

图7.用于高通量蛋白质检测的微流控条形码生物芯片。

图8.用于高通量核酸检测的微流控条形码生物芯片。

图9.用于高通量ctDNA检测的微流控条形码生物芯片。

图10.用于高通量单细胞分析的微流控条形码生物芯片。

图11.用于高通量单细胞外泌体检测的微流控条形码生物芯片。

图12.用于细胞相互作用分析的微流控条形码生物芯片。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.016