微流控是指在微尺度上精確控制和操縱流體的技術。20世紀80年代，微流控技術開始出現，最初被稱為"微型全分析系統"( miniaturized totalanalysis systems, mTAS)[1]，或者"芯片實驗室"(laboratoryon a chip, LOC)[2]，在經歷了興起與冷落的不同時期后，目前開始實現了商業化。
微流控技術是伴隨著微機電加工系統(micro－electro－mechanicalsystems，MEMS)技術而出現的，可以視為MEMS技術在流體處理方面的一個分支應用，將大型實驗室系統縮微在玻璃或者塑料基質上，在微米級尺度構造出操控液體的管道、反應池和其他部件，并整合樣品處理、試劑操作、反應和檢測等全部過程，提供一個完整的解決方案。
這一技術可以減少樣品/試劑消耗，降低污染風險和分析成本[3]，而且本身具有高靈敏度和特異性，結合互聯網技術后，便攜式微流控設備將給臨床檢驗帶來很大的變化，為臨床檢驗直接走入基層醫療機構或者家庭個人創造機遇，提供全新的智能化和實時化監測。
一、微流控技術類型
目前，通過工程、物理、化學、生物、納米技術的交叉應用，微流控技術已從單通道器件迅速發展到目前的多路復用、自動化和高通量的復雜分析系統。早期的微流控產品多數結構較為簡單，依靠毛細作用或離心力，或者直接利用體積較大的氣泵實現液體的驅動；目前的微流控芯片集成了更多主動器件，如微泵、微閥、微噴頭，進行液體的精準操控[4]，真正實現了智能化的高通量微流控芯片。
通常，微流控芯片采用類似半導體的MEMS技術在芯片上構建微流路系統，將實驗與分析過程轉載到由彼此聯系的路徑和液相小室組成的芯片結構上。芯片從制作材料可分為硅片和玻璃等無機材料，或者聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)等有機聚合物[5]。相對來說，有機聚合物材料加工制備過程更為簡單，尤其是PDMS具有很好的彈性，可用于制備微氣泵、微閥等需要變形的結構，因此，目前一些需要復雜流路的微流控芯片多采用有機聚合物制作，相應的加工制備方法也以軟光刻技術為主，可以實現不規則曲面的三維結構制造。
在微尺度環境中，液體的流體現象與宏觀尺度上有著顯著的不同，重力產生的相對效應大大降低，而表面張力和毛細管力導至的阻力很大。因此，需要通過微泵、電泳、離心等方法驅動芯片中微尺度液體的流動，再通過微分離器、微混合器、微反應器等在芯片上實現各種反應[6]。
微流控芯片體積非常小，信號檢測器要具有更高的靈敏度和信噪比，更快的響應速度，才能滿足臨床檢驗要求的低檢測限、高靈敏度、良好的重復性和較寬的線性范圍等。因此，激光誘導熒光[7]、電化學和化學發光[8]等多種檢測手段已經被用在微流控芯片中，對樣品進行快速、準確和高通量分析。
二、微流控技術在臨床生物化學中的應用
微流控芯片在臨床生物化學檢測中的品種較少，目前的研發多是為基層醫療機構的使用。通常使用圓盤式結構，利用離心力實現血清分離，試劑加樣等過程，也被稱之為盤片實驗室(lab－on－a－disc, LOD)[9]。這種芯片通常采用多級微流通道和微閥結構，能夠整合樣本處理、試劑加樣和比色檢測等全部過程，同時完成多項生化指標組合項目，滿足臨床檢測的需要。
使用該芯片時，可直接進行全血或者指尖末梢血加樣，在離心的過程中，血清通過獨立的毛細管道進行自動分離并與稀釋液混合，通過離心力再將溶液轉運至比色孔中，與孔里存放的凍干試劑小球混合；過量的樣本將進入廢液槽中，由于比色孔是固定容積，如果比色孔沒有加滿的話，會因為樣本量不足而中止反應監測[10]。與大型生化分析儀相比，微流控芯片目前在重復性、線性和精密度等方面還有欠缺，只能基本滿足臨床初篩的要求。目前國內博奧公司開發了類似的基于微流控的生化分析儀，正在進行臨床前的相關研究。這種盤式微流控芯片由于樣品處理體系完善，除生化項目外，很多免疫檢測和核酸檢測也經常采用這種結構。
三、微流控技術在臨床免疫檢測中的應用
與生化項目使用的微流控芯片相比，在臨床免疫分析項目的芯片相對較為簡單，加樣后通常通過微泵和閥門的配合，進行樣本混合、捕獲和檢測。毛細管道的相對表面積非常大，在抗體包被在表面后，可以更有效地捕獲低濃度抗原[11]。但是在檢測模塊上，免疫芯片的抗體標記方法眾多，與生化芯片相比，檢測方式也更加多樣；除了酶標記使用比色方法，可以根據標記方式分為直接檢測熒光、化學發光、生物發光等。
因為微流控使用的毛細管道可以大規模平行設計與制備，對檢測樣本的用量也較少，可以實現多項目平行檢測，尤其適合免疫項目的開展。由于便攜性好，很多感染[12]、心肌疾病[13]等急診項目都首先在基層單位或者臨床科室展開應用。國家食品藥品監督管理總局已經審批了中新科炬、萬孚生物、華邁興微等公司的一些心衰和心梗相關標志物的基于微流控的免疫檢測儀器和配套試劑。
四、微流控技術在核酸檢測中的應用
微流控芯片很早就應用于核酸的檢測，從核酸提取到PCR，再到直接熒光檢測，間接的分子雜交檢測，或者電泳分離檢測，都可以集成到微流控芯片上。在樣本制備方面，因涉及細胞裂解和核酸提取純化，這部分通常比其他類型的微流控復雜，需要一系列的微泵和閥門進行配合。而擴增反應相對簡單，樣品通過毛細管連續流過不同溫度的區域，實現溫度的周期性變化[14]；近年來出現的等溫擴增技術，則進一步簡化了芯片技術[15]。除了熒光定量檢測方法直接檢測產物的有或無；也可以通過毛細管電泳對擴增片段進行檢測，例如短串聯重復序列(short tandem repeat, STR)檢測[16]；或者通過毛細管導流至雜交區進行分子分型，如流感病毒[17]或者HPV病毒的分型。
與其他芯片相同，核酸檢測的微流控芯片也在朝著高通量方向發展，一次檢測可以完成多種微生物鑒定，多種藥物敏感基因的分型，甚至多種遺傳病的診斷。目前基于微流控的細胞學檢測也逐漸成熟[18]，2018年初，國家食品藥品監督管理總局正式審核通過國內自主研發的CellRich?自動化循環腫瘤細胞捕獲設備，相信這些新技術將帶來全新的臨床檢驗模式。
五、微流控技術在臨床檢驗領域優勢、問題與應用前景
相對于其他檢測方法，微流控技術的一個主要優勢就是高通量，也就是一個芯片上可以通過毛細管陣列，集成多個不同的反應體系；另外，微流控反應體積小，需要的樣本量也很少，可以對微量的樣本完成多種項目的平行分析。目前很多產品都是將各種常用項目組合設置在同一個芯片上便于快速使用。
微流控作為臨床檢驗產品，帶來的首要問題是質量控制如何進行，微流控的產品通常是分散使用在不同的地點，而非集中在臨床實驗室使用，檢測卡盒通常也是即用即拋型，不能對第三方質控品和臨床樣本同時檢測，操作人員非常分散，需要進行集中培訓；尤其重要的是，對于微流控技術的檢測報告，也難以像臨床實驗室那樣由具有一定資質的專業人員進行審核和解讀，這些問題都是微流控技術推廣需要考慮的重要問題。
微流控芯片是新一代POCT主流技術[19]，可直接在被檢對象身邊提供快捷有效的檢測結果，使得現場檢測、診斷和治療成為一個連續的過程。所以隨著醫改的進行，基層醫院和社區衛生機構可以利用微流控技術解決快速診斷的問題。另一方面，即使在大型綜合醫院或者其他公共場合，各種呼吸、胃腸道傳染病暴發期間，基于微流控芯片的POCT技術對傳染病的控制和預防也將發揮更大的作用。在很多臨床科室，目前已經開展了急診項目的POCT檢查，為患者的急救起到了積極的作用。
微流控芯片由于技術原因，目前不同產品之間的一致性還比較差，客觀上限制了該技術的應用。隨著微流控技術的深度產業化，以微流控芯片為核心的微分析系統將廣泛進入病房、公共場所或者私人家庭，并與各種手機、電腦等現代信息技術整合，實現移動醫療和健康大數據共享。
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