孔板流定仪

原标题：微流控芯片—注定被深度产业化的科学技术本文由霆科生物创始人、贝壳社BioShow嘉宾叶嘉明原创分享。微流控芯片已经发展成为一门涉及材料、化学、物理、微机电、生物、医学等领域的综合性交叉学科，我从2003年研究生阶段在导师田昭武院士的引领下有幸进入这个前沿领域，先后从事基础研究、应用研究、产品开发工作，到今天开始走上创业的道路，也仅仅只能说局部地领略到微流控芯片这个伟大“艺术平台”的魅力。因此，今天在有限的时间里，我主要结合个人体会谈谈微流控芯片技术的一些观点，希望能够起到“抛砖引玉”的作用。另外，本人在博士后阶段师从于微流控芯片领域著名专家——林炳承教授，此次分享的内容部分引用了中科院团队近二十年来在微流控芯片领域丰硕的科研成果，以及导师林炳承教授的观点。今天我和大家分享的主题是“微流控芯片——注定要被深度产业化的科学技术”。（一）微流控芯片简介1.1 微型化、集成化和智能化，是现代科技发展的一个重要趋势。伴随着微机电加工系统（MEMS）技术的发展，电子计算机已由当年的“庞然大物”演变成由一个个微小的电路集成芯片组成的便携系统，甚至是一部微型的智能手机。与之发展类似，今天我们介绍的微流控芯片，又称芯片实验室（Lab-on-a-Chip），是一种以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。1.2 各种材质和功能的微流控芯片及实验室相关配套仪器微流控芯片早期也是从MEMS技术发展而来，通过微加工工艺在硅、金属、高分子聚合物、玻璃、石英等材质的基片上，加工出微米至亚毫米级的流体通道、反应或检测腔室、过滤器或传感器等各种微结构单元，而后在微米尺度空间对流体进行操控，配合流体控制或分析仪器自动完成生物实验室中的提取、扩增、萃取、标记、分离、分析，或者细胞的培养、处理、分选、裂解、分离分析等过程。1.3 微流控芯片的发展及应用领域上世纪90年代初，A.Manz等人采用芯片实现了此前一直在毛细管内完成的电泳分离，显示了它作为一种分析化学工具的潜力；90年代中期，美国国防部提出对士兵个体生化自检装备的手提化需求催生了世界范围内微流控芯片的研究；在整个90年代，微流控芯片更多的被认为是一种分析化学平台，因此往往和“微全分析系统”（Micro Total Analysis System, u-TAS）概念混用。因此，原则上，微流控芯片作为一种“微全分析”技术平台可以应用于各个分析领域，如生化医疗诊断、食品和商品检验、环境监测、刑事科学、军事科学和航天科学等重要应用领域，其中生物医学分析是热点。2000年G. Whitesides等关于PDMS软刻蚀的方法在Electrophoresis上发表，2002年S. Quake等以微阀微泵控制为主要特征的“微流控芯片大规模集成”文章在Science上发表，这些里程碑式的工作使学术界和产业界看到了微流控芯片超越“微全分析系统”的概念而发展成为一种重大的科学技术的潜在能力。例如，利用微流控芯片作为一种微反应器，通过在微流控芯片上开展组合化学反应或结合液滴技术，有望用于药物合成与筛选，或纳米粒子、微球、晶体等的高通量、大规模制备，甚至形成一种“芯片上的化工厂或制药厂”。（二）微流控芯片的战略意义自微流控芯片诞生以来，一直受到学术界和产业界的极大关注。2001年，“Lab on a Chip”杂志创刊，它很快成为本领域的一种主流刊物，引领世界范围微流控芯片研究的深入开展。2004年美国Business 2.0杂志在一篇封面文章把芯片实验室列为“改变未来的七种技术之一”。2006年7月Nature杂志发表了一期题为“芯片实验室”专辑，从不同角度阐述了芯片实验室的研究历史、现状和应用前景，并在编辑部的社评中指出：芯片实验室可能成为“这一世纪的技术”。至此，芯片实验室所显示的战略性意义，已在更高层面和更大范围内被学术界和产业界所认同。2.1 作为一种战略性的科学技术，微流控芯片的发展有它的内在必然性首先，微型化是人类社会发展的一种趋势，面对我们所生存的已经消耗过度的地球，微型化反映了人类对资源枯竭的忧虑和对资源利用的优化。其次，世界上有太多的技术和流体操控有关，而当被操控的流体在一个微米尺度的空间里流动的时候，会出现很多新的现象，其中的一部分至今还没有被我们所充分认识。第三则是基于对系统研究的需求。系统学研究整体，更研究构成整体的各个局部之间的相互联系，自古以来，人类一直缺少微小但又能操控全局的工具，微流控芯片能承载多种单元技术并使之灵活组合和规模集成的特征使其可能成为系统研究的重要平台。2.2 微流控芯片的战略意义还根植于它和信息科学、信息技术的特殊关系一般认为，在二十世纪，人们借助于电子在半导体或金属中流动得到的“信息”，成就了具有战略意义的信息科学和信息技术；而在二十一世纪，通过带有可溶性生物分子或悬浮细胞的水溶液在微流控芯片通道或平面上流动以研究生命，理解生命，以至部分地改造生命，将有可能同样成就一种新的具有战略意义的科学技术：微流控学。因为，“生命”和“信息”构成了现代科学技术的核心。2.3 微流控芯片——当今国家产业转型的一种先导型科学技术微流控芯片是注定要被深度产业化的科学技术。这种判断首先当然是源于全球性产业转型需求的不可逆转，需求加剧，进程加快；另一方面，或许更为重要的，则是基于对这一科学技术在一些重大领域不可替代性的认识，而这种认识只是在最近的若干年内才被人们所逐步接受。它很可能发展成为当今产业转型的一种模式，对以生物经济为代表的新型经济产生重要影响。例如未来几年内，如果将微流控芯片与“生物手机”、“互联网+”进一步结合，这样一个由一种新兴技术引发的可能具有全局性影响的趋势，是否能够因此诞生一批“风口”行业值得大家期待。（三）基于微流控芯片的代表性关键技术3.1 新一代床边诊断（point of care test，POCT）技术——Microfluidics-based POCTPOCT可直接在被检者身边提供快捷有效的生化指标，现场指导用药，使检测、诊断、治疗成为一个连续过程，对于疾病的早期发现和治疗具有突破性的意义。POCT仪器发展趋势应是小型化、“傻瓜”式，操作简单，无需专业人员，直接输入体液样本，即可迅速得到诊断结果，并将信息上传至远程监控中心，由医生指导保健。目前，市场上有多种即时诊断方法，简单的流动测试工作没有流体管理技术，而当测试复杂性增加时，微流控技术是必要的。微流控芯片所具有的多种单元技术在微小可控平台上灵活组合和规模集成的特点已使其成为现代POCT技术的首选，经过近年的发展，已涌现了一批微流控芯片POCT分子诊断和免疫诊断的成功案例。(Cited from: Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices, Lab Chip, 2012,12, 2118-2134)3.2 超高通量筛选的主流平台——微流控液滴芯片在微流控芯片通道上加入两种互不相溶的液体，将其中的分散相以微小体积单元（10-15 L-10-9 L）的形式和极快的速度（100-10000个/秒）分散于连续相中,即可形成用作微反应器或微量生化样品载体的液滴。微流控芯片液滴已被认为是迄今为止最重要的微反应器，能提供一种在单分子和单细胞层面快速开展超大规模,超低含量反应的平台。液滴操控灵活，形状可变，大小均一，又有优良的传热传质性能，产生频率已达数十到数百KHz，在高通量药物筛选和材料筛选领域显示了巨大的潜力。(Cited from: Reactions in Droplets in Microfluidic Channels, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7336-7356)3.3 哺乳动物细胞及其微环境操控平台——微流控芯片仿生实验室由于微流控芯片的构件尺寸和细胞吻合，并可同时测定物理量、化学量和生物量，它已成为对哺乳动物细胞及其微环境进行操控的最具潜力的平台。目前已可以构建微米量级且相对封闭的三维细胞培养、分选、裂解等操作单元，并把这些单元成功延伸到组织和器官。器官芯片是一种更接近仿生体系的模式，可在一块几平方厘米的芯片中培养各种活体细胞，形成组织器官，乃至由不同器官芯片进一步组成活体芯片，从而模拟一个活体的行为并研究活体中整体和局部的种种关系。在药学领域，器官芯片将被部分替代小白鼠等模型动物，用于验证候选药物，开展毒理和药理作用研究。（四）微流控芯片的产业化现状和发展趋势4.1 微流控芯片的市场前景微流控芯片作为一种革命性的技术平台，其市场前景显然是极其巨大的。最近几年微流控芯片取得了突破性进展，引起产业界的极大关注。这些突破性进展主要表现在两个方面，一是已涌现出一批关健性技术，它们在很大程度上具有不可替代性，并因此形成以医学和药学为代表，覆盖面很宽的应用领域，例如最近发展起来的器官芯片、液滴微流控芯片。其中，器官芯片或人体芯片，有望部分代替药物研发过程中的临床前动物实验，最大限度地节约研发成本、缩短研发周期，并且解决动物权等伦理问题，具有极其巨大的潜在市场价值。二是其中的一些应用已经或正在形成规模产业，例如基于微流控技术的新一代床边诊断（Microflluidics-based POCT)系统，被产业界认为目前最有可能成为“Killer Appliction”（杀手级应用）的微流控芯片产品，其市场预计从2013年的16亿美元增长到2019年的56亿美元。（微流控即时诊断市场预测，法国市场研究机构Yole Development提供的数据，转载自互联网）4.2 目前市场上几种代表性微流控芯片产品4.3 微流控分析芯片产品现状及发展趋势总体而言，当前的微流控芯片产品及发展趋势总结如下（个人观点，供探讨）：4.4 微流控芯片产业化关键问题（个人观点，供探讨）：（1）技术：需要解决微流控芯片批量生产工艺（微加工、键合、表面修饰）；重点是要解决芯片质控问题。（2）人才：急需多学科交叉人才、企业研发人员、专业化市场人员进行微流控芯片产品的开发及推广；国内芯片人才特别是在企业从事产品开发的芯片技术人员较为缺乏，专业的人做专业的事！这个很重要。（3）产品：急需具有“Killer Application”特征的微流控产品引领行业市场（产业界一致看好microfluidics-based POCT 系统）；普遍认为poct最大市场是应用于医疗诊断行业，这个行业市场最为巨大毫无争议；或许在中国，食品安全、环境检测是否能够首先成为“中国特色”的killer application的一个案例，值得探讨？（4）资本：需要有长远目标的资本或金融机构的积极介入与扶持；个人认为，微流控芯片实验室已经到了产业化的前夕，希望有远见的企业家尽快介入到这一技术的发展过程中来，大家同舟共济，一起滚打几年，一起来改进技术，培育市场，共同发展。某种意义上说，这也是一种机会，等市场完全成熟了再介入进来可能就太晚了一些。（5）政策支持、强强合作：具有强大研发实力的企事业单位和丰富技术积累的科研院所鼎力合作）。（五）我们的工作和未来展望5.1 霆科生物介绍杭州霆科生物科技有限公司（TinkerBio）是一家专注于微流控芯片产业化的国家级高新技术企业，是国内知名的微流控芯片CDMO（合约研发与制造）服务商和先行者。公司依托浙江清华长三角研究院分析测试中心、浙江省应用酶学重点实验室等平台，以微流控芯片技术为核心，围绕食品安全、环境水质检测、医疗体外诊断等领域，坚持“让微流控变得更简单”发展使命和“微流控技术为用户赋能，实现合作共赢”的经营理念，致力于为用户提供最专业、最全面的微流控芯片产品设计开发与生产制造整体解决方案。5.2 微流控芯片产业化进展霆科生物从2014年成立至今，已投入研发经费数千万元，具备PMMA、PC、COC、PDMS、玻璃等材质的微流控芯片从研发到量产全流程转化能力。目前，公司已为国内外上百家食品安全、环境水质与IVD领域的龙头企业与上市公司提供产品（联合）开发与生产服务，已有多项微流控POCT产品实施转产。 霆科生物研发团队承担及参与国家、省市级重点研究课题10多项，已获得授权的专利、软著共50余项，公司已被认定为“杭州市青蓝企业”、“浙江省科技型中小企业”、“浙江省高成长科技型中小企业”、“浙江省最具成长性科技型百强企业”、“杭州市高新技术企业”、“国家高新技术企业”。5.3 未来展望未来十年、二十年内，微流控芯片注定成为一种被深度产业化的科学技术，世界范围内的微流控芯片的科学研究及产业竞争也将日趋激烈。中国被认为是在微流控芯片领域研究水平较高的国家之一,但国内的微流控芯片产业仍处于起步阶段，仅有为数不多的微流控产品面世，远落后于欧美等发达国家。尽管如此，我们欣喜地发现，近年来中国开始有越来越多的微流控技术专家、市场化专业人士，以及科研院校、企事业单位、投资机构，关注并投身于微流控芯片产业化。我们有理由相信，微流控芯片在中国的成功产业化值得期待。最后希望更多关注微流控芯片的人，更多地参与到这个领域来，共同努力！MicroChip,BigWorld!

安捷伦科技于2009年2月24-26日在上海安捷伦科技分析仪器研制中心举办了&ldquo 安捷伦微板流控技术及解卷积软件技术研讨会&rdquo 。为期三天的研讨会，吸引了来自全国各地石油、石化、食品、环境、商检、烟草、制药、教育科研及商业实验室等领域的用户50余人。与此同时，安捷伦特邀美国总部气相色谱和气质联用技术资深专家Bruce Quimby 博士和Mike Szelewiski先生来华讲演并亲临仪器现场做指导。 Bruce Quimby 博士在讲授微板流控技术 Mike Szelewiski先生在指导用户实际操作解卷积软件 众所周知，微板流控技术和解卷积软件技术是安捷伦近年来推出的两个独具匠心的新技术。两个研讨会同期举办，其目的是使从事微板流控和解卷积软件应用的用户有机会在同一时间里，学习和掌握更多的相应知识和实际操作技能，从而帮助他们在以后的实际工作中解决遇到的难题。 微板流控技术研讨会侧重：  微板流控技术工作原理  微板流控技术的易用性  二维中心切割技术（Dean Switch）技术  微板流控技术分析汽油组分及用GC/FPD/MS分流技术分析有机磷农药 解卷积软件技术研讨会侧重：  DRS提高实验室工作效率  DRS强大功能- 在样品中发现潜藏的信息  DRS A04- 报告真正的解卷积数据最新进展 用户与安捷伦专家直接交流 两个研讨会期间，用户除了学习技术理论知识外，还可以现场实际操作仪器,同时与专家和其他用户踊跃交流。研讨会处处洋溢着学习和交流的热烈气氛。参加研讨会的专家和老师给予了本次活动高度的评价，希望仪器行业能够经常举办如此高水平的技术研讨。通过本次学习和实践，用户感到所学的技术知识对他们今后的工作有很大的帮助，并对应用这两种技术在今后的仪器操作过程中发挥更大的功能潜质充满信心。 安捷伦独具匠心的微板流控技术和解卷积软件技术得到了广大用户的青睐，这正是安捷伦领先技术魅力所在。 主讲人简介: Bruce Quimby 博士 Bruce Quimby博士现为美国安捷伦公司资深的应用化学家。 1974年他在美国宾夕法尼亚州曼斯菲尔德州立学院获得化学学士学位。1980年他在马萨诸塞大学获得分析化学博士学位。1979年以来， 他在安捷伦公司(和前惠普)从事研究与开发工作。 他的文章或合著文章在18个期刊上发表，并且在气相色谱领域获得11个专利。 Mike Szelewski 先生 自1981年以来，Mike Szelewski先生作为一位应用化学家在惠普/安捷伦公司工作。 在此之前，他在商业环境实验室工作。 他的工作重点是采用安捷伦气质联用仪从事环境中半挥发性物的分析研究工作。他综合优化进样口、衬管、色谱柱和质谱离子源使环境样品的分析达到最优化。 Szelewski先生与美国国家标准与技术研究院（NIST）合作在质谱解卷积上有丰富的经验，他被授予一项解卷积报告软件（DRS）的专利并且担任那个项目的负责人。 关于安捷伦科技 安捷伦科技（NYSE: A）是全球领先的测量公司，是通信、电子、生命科学和化学分析领域的技术领导者，公司的19,000名员工在110多个国家为客户服务。在2008财政年度，安捷伦的业务净收入为58亿美元。 要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com/chem/cn http://agilent.instrument.com.cn

中新网6月4日电(能源频道 宋亚芬) 就在全国汽油标准快步迈向国五的时候，国六标准也已纳入两桶油的升级计划当中，而北京市则有望继续领先全国，先喝上&ldquo 京六&rdquo 标准汽油，新标准将于近期公布。 　　有关机构研究表明，在北京，雾霾中机动车排放约占31%。而降低汽油中的硫含量，是解决汽车尾气污染、减少雾霾天气的重要途径。据《经济参考报》报道，北京市在2016年将力争实施第六阶段机动车排放标准，并同步改善油品质量 力争2016年发布实施第六阶段油品标准。 　　若此计划顺利执行，则北京市在机动车排放管理方面再一次走在了全国的前列。据了解，北京市实施新车排放标准均比全国提前2至3年。先后于1999、2002、2005、2008、2013年执行了国一、二、三、四、五机动车排放标准。 　　据了解，目前正在积极开展排放标准的研究论证，新的排放标准可能会包括五项标准，其中包括两项油品标准、一项轻型汽车排放控制标准、两项重型车排放控制标准，此外还将修订两项重型发动机和机动车标准。当然这些都还在研究论证当中。而国六标准的制定，最 为吸人眼球的当属将首次引入美国标准。 　　据《新京报》报道，北京市环保局机动车排放管理处处长李坤生曾在北京市十四届人大二次会议政务咨询会上介绍，北京将在2016年力争实施第六阶段机动车排放标准，想以美国加州标准为参照。而在今年的5月12日，环保部科技标准司标准处处长裴晓菲也在北京举办的&ldquo 2015车用材料技术国际研讨会&rdquo 上透露，国六(第六阶段排放标准)标准也不会像以前一样简单沿袭欧洲的标准体系，其中会借鉴美国及加州的做法，提高相应的排放要求。 　　据了解，美国加州是全世界控制机动车最严格的地区。加州标准比目前欧6标准严格一半以上。北京从2013年2月开始实施的北京市第五阶段排放标准(简称京五)，是参照欧洲标准，相当于欧洲五号标准。这也是北京市从执行&ldquo 国一&rdquo 开始，第五次在全国率先实施更严格的机动车排放标准。 　　据卓创资讯分析师王能介绍，有人认为，欧洲测试循环体系对汽油机是固定工况限值，而美国是随机工况限值，借鉴美国加州机动车排放标准不符合我国国情。但北京环保局将美国FTP和欧洲NEDC循环工况与北京市实际情况进行初步对比分析后发现美国FTP工况更接近北京市和中国其他大城市的实际情况。比如，就循环工况本身而言，欧洲是稳态循环，美国为瞬态工况，显然更符合北京市或中国其他大城市瞬变的实际驾驶情况。 　　&ldquo 另外，欧洲标准已经不能完全适应北京市和我国的实际气候状况和道路条件，标准本身也存在缺陷。 比如，欧六汽油车排放限值与欧Ⅴ要求基本相同，不能满足北京市不断加严排放限值的要求。&rdquo 　　王能还表示，由于欧洲主要国家的纬度高于北京市的纬度，也高于中国大部分地区的纬度，纬度越低，车辆的油气蒸发排放相对越高。以北京市为例，每年车辆静置时或行驶中没有被控制的VOC(挥发性有机化合物)排放就有2万多吨，平均每车每年约40千克。而VOC是产生PM2.5和光化学污染的最重要前提物，况且我国汽油中的烯烃和芳烃含量远高于欧洲和美国，引入美国ORVR(车载加油油气回收系统)方法对这部分VOC进行控制势在必行。 　　王能强调，不管是欧洲标准，还是美国标准，只要是适合我们国家实际情况的指标，我们都可以拿来借鉴。他认为，我国目前支持全面制定排放法规的技术保障能力依然有限，面对严重的大气污染，基于我们十几年来治理机动车污染的经验和教训，借鉴和结合欧美排放标准中的有利因素，不失为过渡阶段的有效策略。 　　为了提升油品质量，炼油企业需要在加工装置与生产技术方面不断改进，至少需要投入数百亿的成本。而据中石油质量与标准管理部副总经理杨果介绍，与国五标准相比，油品京六标准将进一步严格要求汽油中的烯烃、芳烃、苯、蒸气压、馏程和柴油中的硫、多环芳烃等主要环保指标。另外，中国的炼油工艺是催化裂化，和国外工艺不一样，所以要在工艺上也要作大量调整，比国四升级国五的改造成本将要多很多。 　　据中新网能源频道了解，国家发改委此前已明确，按照合理补偿成本、优质优价和污染者付费的原则合理确定成品油价格。国家发展改革委的加价标准也是按照炼油企业消化一部分成本、消费者承担一部分成本的原则确定的，企业约承担三成左右成本提升。所以升级&ldquo 京六&rdquo 后，汽柴油价格也将再次面临上调。 　　全国汽柴油国四升国五时，汽柴油每吨分别加价170元和160元。估算92号汽油每升上涨0.13元左右，95号的差不多是0.14元。北京由于先期实施相当于国五标准汽油，汽油价格平均每升上涨约4分钱。