微流控芯片實(shí)驗(yàn)室是一種以在微米尺度的空間中對流體進(jìn)行操控為主要特征的技術(shù)，具有將生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮到一個(gè)幾平方厘米大小的芯片上的能力，微流控芯片實(shí)驗(yàn)室的基本特征和最大優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在微小可控平臺上的靈活組合和規(guī)模集成，可能會對人類未來的生活方式和生存質(zhì)量產(chǎn)生影響，這種影響甚至可能是革命性的。

根據(jù)研究領(lǐng)域的不同，微流控芯片實(shí)驗(yàn)室可簡單劃分為微流控芯片化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微流控芯片生物實(shí)驗(yàn)室、微流控芯片光學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及微流控芯片信息實(shí)驗(yàn)室等，其中，最早形成的是微流控芯片化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，分析化學(xué)是微流控芯片最早最直接的應(yīng)用領(lǐng)域之一，微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建和完善是21世紀(jì)前20年分析化學(xué)發(fā)展的一個(gè)主流趨勢。

微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

1、分子水平

    微流控分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的第一輪應(yīng)用當(dāng)然是在分子水平上，除了離子和小分子的分離分析外，在以蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子為對象的研究中更顯示出其操作單元規(guī)模集成和靈活組合的優(yōu)勢，引起了研究者的廣泛關(guān)注。

分子層面應(yīng)用最重要且相對最成熟的一類對象是核酸，核酸研究是迄今為止微流控芯片應(yīng)用最有說服力的領(lǐng)域之一，其范圍已由對簡單核苷酸的分離分析過渡到以復(fù)雜的遺傳學(xué)分析、基因診斷等為目的的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

2、分子細(xì)胞水平

     細(xì)胞無疑是下一輪微流控芯片應(yīng)用的重點(diǎn)，微流控芯片的潛力將在細(xì)胞研究中充分發(fā)揮。盡管在現(xiàn)階段，與分子層面的工作相比，細(xì)胞研究相對滯后，但隨著單元技術(shù)的日趨成熟,以及更多的醫(yī)學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业慕槿?，這一層面的研究將有可能成為微流控芯片應(yīng)用研究的主流。芯片上的細(xì)胞單元操作有其特殊性，培養(yǎng)、捕獲、分選及裂解等明顯有別于分子層面的各種技術(shù)。在同一芯片上集成細(xì)胞培養(yǎng)、輸運(yùn)、清洗、破碎、樣品純化和電泳分離等操作單元，把整個(gè)復(fù)雜的研究過程納入全局控制和總體規(guī)劃，將極大地提高優(yōu)化過程的效率，簡化程序，減少人為控制引起的誤差，更易被生物學(xué)家所接受，并獲得傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的時(shí)空分辨信息；此外，微流控芯片上流體的二維甚至三維流動，使得對細(xì)胞進(jìn)行更加復(fù)雜的物理和化學(xué)操作成為可能，因而也適于對單細(xì)胞進(jìn)行更加復(fù)雜和全面的分析，并可滿足組學(xué)及譜學(xué)研究對多維分離分析的需求。

3、細(xì)胞水平

微流控芯片用于細(xì)胞研究的應(yīng)用范圍主要包括細(xì)胞狀態(tài)、細(xì)胞功能和細(xì)胞組分研究3個(gè)方面。通過實(shí)驗(yàn)，以臨床抗腫瘤藥物誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡為模型，構(gòu)建了一種細(xì)胞水平高內(nèi)涵藥物篩選微流控芯片平臺，將細(xì)胞培養(yǎng)、藥物濃度梯度生成、細(xì)胞受激和響應(yīng)等過程完全集成在一塊只有幾平方厘米大小的芯片上完成，一次運(yùn)行科同時(shí)產(chǎn)生64種藥物作用條件并可獲得192個(gè)細(xì)胞響應(yīng)結(jié)果。利用該芯片同時(shí)分析了藥物作用后細(xì)胞線粒體膜電勢、細(xì)胞核、細(xì)胞膜以及胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的變化。結(jié)果顯示，不同藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡呈現(xiàn)不同的劑量效應(yīng)。該工作充分地體現(xiàn)了微流控芯片將多種單元技術(shù)靈活組合和規(guī)模集成的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的多孔板技術(shù)相比，省去了配制和分配多種藥物不同濃度溶液的繁冗操作，大大簡化了細(xì)胞接種、受激、洗滌和標(biāo)記操作過程，顯著降低了細(xì)胞和試劑耗量，具有重大應(yīng)用前景。

4、模式生物水平

      除分子水平、細(xì)胞水平的應(yīng)用之外，近幾年微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開始向動物水平拓展，秀麗隱桿線蟲是一種從20世紀(jì)60年代開始就被廣泛用于發(fā)育學(xué)、遺傳學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)等研究中的重要模式生物，也是受人矚目的研究行為可塑性的模式動物，傳統(tǒng)線蟲研究通常采用手工操作，通量低，耗時(shí)長，難以實(shí)現(xiàn)對單個(gè)線蟲或胚胎的研究，微流控芯片的出現(xiàn)為線蟲研究提供了一條新思路，微流控芯片的尺寸與線蟲相匹配，是研究這種微小生物的理想平臺，而其可微型化、大規(guī)模集成和快速運(yùn)行的特點(diǎn)可使線蟲的分析低耗、快速和大規(guī)模地進(jìn)行。