上個(gè)世紀(jì)90年代，微流控技術(shù)因其精準(zhǔn)的樣本處理和加速生化反應(yīng)能力，被廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。微流控是指在微尺度空間對流體進(jìn)行操控的一種技術(shù)，該技術(shù)可以將化學(xué)、生物等實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到一個(gè)幾平方厘米芯片上，因此又被稱為芯片上的實(shí)驗(yàn)室（Lab on Chip）。

相比于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，微流控技術(shù)把樣品反應(yīng)、制備、分離、檢測等生化實(shí)驗(yàn)的基本操作集成到很小的芯片上，以可控流體由微通道形成網(wǎng)絡(luò)貫穿于微流控系統(tǒng)，在更小的尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)生化實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)功能的同時(shí)，降低了分析檢測的試劑消耗量，加快了反應(yīng)速度，提高了反應(yīng)效率，使得實(shí)驗(yàn)可控性更強(qiáng)。

近年來，隨著傳統(tǒng)微流控技術(shù)的積累，利用互不相溶的兩液相產(chǎn)生分散的微液滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的液滴微流控技術(shù)快速發(fā)展了起來。微液滴，也稱為“微型反應(yīng)器”，可在納升至皮升級的微液滴中進(jìn)行生化反應(yīng)。

通過將微流控技術(shù)與微液滴技術(shù)相結(jié)合，液滴微流控技術(shù)在提高了檢測靈敏度的同時(shí)，大大提高了反應(yīng)的通量，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)通量從1到10?的變革，為生物檢測及新藥研發(fā)提供了全新的平臺。液滴微流控技術(shù)具有諸多技術(shù)優(yōu)勢，包括體積微小、生成速度快、通量高、大小均勻、體系封閉、單分散性良好等。

以生物醫(yī)藥領(lǐng)域常用的生物標(biāo)志物檢測為例：人體組織或生物體液中的核酸、蛋白質(zhì)、單細(xì)胞或小分子等的可靠檢測可用于確認(rèn)或預(yù)測疾病和疾病狀態(tài)。因此，高靈敏的生物標(biāo)志物檢測在疾病診斷、治療和藥物篩選等在內(nèi)的各種應(yīng)用中至關(guān)重要。不幸的是，對于許多疾病，人類樣本中的生物標(biāo)志物豐度較低，傳統(tǒng)檢測方法無法進(jìn)行精準(zhǔn)的檢測和篩查。

而液滴微流控裝置可以將大體積樣品離散成數(shù)千到數(shù)百萬個(gè)微液滴——每個(gè)微液滴都用作一個(gè)隔離的反應(yīng)室，將靶標(biāo)分子隔離在每個(gè)反應(yīng)室中獨(dú)立進(jìn)行反應(yīng)——因此具有實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測的潛力。畢竟，體積的顯著減少有助于背景的等效減少和目標(biāo)生物標(biāo)志物的濃度的急劇增加，這反過來又增加了每個(gè)分離反應(yīng)的信號與背景比，同時(shí)，獨(dú)立的反應(yīng)單元，也避免了反應(yīng)之間的互相干擾，從而增加了測定的整體靈敏度。這種量變而帶來的質(zhì)變，正是液滴微流控技術(shù)將會(huì)帶領(lǐng)生物產(chǎn)業(yè)升級的原因。

除此之外，液滴微流控技術(shù)在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。首先可用于快速單克隆抗體篩選，將傳統(tǒng)單克隆抗體篩選時(shí)間從3個(gè)月縮短到一天內(nèi)完成：傳統(tǒng)的雜交瘤及單B細(xì)胞、納米抗體篩選技術(shù)不但工作量大、周期長，且成本高。

液滴微流控技術(shù)可快速將10?-10?細(xì)胞包裹成納升級的反應(yīng)檢測體系，以Droplet ELISA方式在細(xì)胞包裹后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)快速篩選出高表達(dá)細(xì)胞株，替代傳統(tǒng)微孔板ELISA 的單克隆篩選，將之前幾周的篩選工作壓縮到一天內(nèi)完成，并能更精準(zhǔn)、高效地篩選出分泌目標(biāo)抗體分子的雜交瘤細(xì)胞、單B細(xì)胞或噬菌體。

其次可用于優(yōu)化細(xì)胞治療的靶點(diǎn)，例如在TCR-T療法中，在TCR轉(zhuǎn)錄之后，需要對大量的T細(xì)胞進(jìn)行篩選以尋找正確的TCR-T細(xì)胞克隆，傳統(tǒng)的方法不但繁瑣、耗時(shí)且昂貴。

基于微流控液滴分選技術(shù)，在T細(xì)胞工程改造時(shí)引入報(bào)告基因，之后和靶標(biāo)腫瘤細(xì)胞同時(shí)包裹到微液滴中，之后即可根據(jù)報(bào)告基因熒光信號實(shí)時(shí)監(jiān)測單個(gè)TCR-T細(xì)胞在識別靶腫瘤細(xì)胞后的激活情況并篩選出功能性TCR-T細(xì)胞，基于微流控液滴分選技術(shù)的TCR篩選原型為促進(jìn)免疫治療篩選和T細(xì)胞治療的發(fā)展提供了一個(gè)革新性的工具。

另外還可為藥物的遞送和釋放搭建全新平臺，提供新的研究方向：例如，使用液滴微流控技術(shù)來評估細(xì)胞中的藥物攝取、消逝與細(xì)胞毒性，并在單細(xì)胞和多細(xì)胞的相互作用中建立了適合藥物篩選的液滴微流控平臺。

當(dāng)然，液滴微流控技術(shù)目前也存在諸多挑戰(zhàn)。首先，作為液滴微流控技術(shù)的核心元器件之一，微流控芯片的設(shè)計(jì)與制作非常關(guān)鍵，目前聚二甲基硅氧烷（PDMS）和軟光刻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于微流控芯片的制備，但是為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)和臨床應(yīng)用，更低廉、穩(wěn)定的芯片制作材料，以及更簡單便捷的芯片加工工藝也需要進(jìn)一步的研究和探索。

其次，液滴微流控產(chǎn)生的液滴體積非常小、速度快、數(shù)量多，如何實(shí)現(xiàn)對大量微液滴進(jìn)行快速檢測分析也是一個(gè)難點(diǎn)。

最后，大規(guī)模集成是微流控芯片的一個(gè)顯著優(yōu)勢，但是如何將模塊化的液滴微流控單元與上下游功能單元大規(guī)模集成于一個(gè)多功能的微流控平臺并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能操作，仍然需要進(jìn)一步的努力和研究。

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