超微量、高通量微流控液滴分析篩選系統的研製

《超微量、高通量微流控液滴分析篩選系統的研製》是依託浙江大學，由方群擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：超微量、高通量微流控液滴分析篩選系統的研製
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：方群
• 項目類別：專項基金項目

項目摘要

高通量篩選系統是目前藥物研發、生命科學和化學研究的重要工具。針對當前上述研究領域對高通量篩選系統微型化的迫切需求，在研究組前期發展的液滴實驗室（DropLab）技術、微流控晶片加工和光學檢測技術的基礎上，研製具有自主智慧財產權的超微量、高通量、自動化微流控液滴分析篩選系統。將皮升級液滴定量量取和組裝系統、高速三維移動平台系統、超高密度液滴陣列晶片、高靈敏螢光檢測和數據處理系統，以及儀器控制、顯示和電子電路系統均集成於該篩選系統中，實現整體系統的集成化和自動化，並將其套用於分子水平的藥物篩選、蛋白結晶條件篩選和數字PCR等研究領域。另闢蹊徑，打破國外公司在高通量篩選技術和儀器上的壟斷，為我國科學儀器的戰略性發展，也為我國在新藥創製、結構生物學研究、組合化學合成、疾病早期診斷等領域的研究做出重要貢獻。

結題摘要

在項目研究中，在國際上首先提出“順序操作液滴陣列（Sequential Operation Droplet Array, SODA）”的微流控液滴操縱新方法，能自動地完成對超微量（皮升-納升）液滴的多步複雜操控。與現有液滴操控方法相比，具有突出的可控性、靈活性和通用性。以此為核心，發展了多種具有自主智慧財產權的微流控液滴操縱新方法，包括：半接觸式液滴連續點樣方法、基於表面輔助的高通量液滴點樣方法、自動化液滴陣列濃度梯度技術、基於液體殘留的飛/皮升級液體操控方法、基於固體蘸樣針陣列的高通量液體操控方法、微流控三維液滴鏈技術等。還發展了長光程吸收光度液滴檢測、高速毛細管電泳液滴分析、高通量電噴霧質譜液滴檢測、液相色譜-質譜聯用液滴分析等一系列液滴檢測和分析新方法。 基於上述成果，將微量液滴定量量取和組裝系統、高速三維移動平台、液滴陣列晶片、檢測和數據處理系統，以及儀器控制、顯示和電子電路系統集成於一體，研製成功四代6套超微量、高通量微流控液滴分析篩選儀器。所研製的儀器在整體尺寸、系統集成度、液滴操縱體積、多通道系統的通道數、分析通量、檢測性能等指標上均達到或超過項目任務書的要求。在進行大規模高通量篩選時的試樣/試劑消耗水平上，與目前的商品化儀器、文獻報導的常規系統及其他微流控系統相比，SODA儀器已具備一定的國際領先優勢。同時，在大規模高通量篩選晶片的三維空間定位和校正方法上有所創新，提出了一種研製皮升-納升級超低消耗高通量篩選儀器的新的儀器結構模式。 在儀器套用研究方面，成功將所研製的SODA儀器的套用拓展到多個領域，包括：微量生化分析和細胞生物學實驗、分子水平和細胞水平的藥物篩選、蛋白結晶條件篩選、單分子數字PCR、單細胞分析、臨床生化分析、液滴系統與高分辨分離分析方法的聯用等領域。在儀器的操作靈活性、系統通用性及廣泛適用性等方面，表現出其他微流控系統所不具備的獨特優勢。 項目研究過程中，圍繞SODA技術的方法、儀器和套用研究，已發表學術論文18篇，有5項國家發明專利獲得授權，還申請了6項發明專利。相關成果已在當前的國際微流控研究中形成一個具有中國特色的新領域。這些成果對解決微流控分析系統通用化、實用化和普及化中的難點問題具有關鍵作用，將為化學、生物、醫學、藥學等領域的高通量分析和篩選提供重要的平台，有望在生命分析化學、高通量篩選、生物醫學研究等領域獲得廣泛的套用。