多相微流控分析新方法的研究

This project is applied on the basis of the application team's previous research results, according to the current international development trend in the field of microfluidic analysis and the current urgent need in life science research. In this project, fundamental research and applied fundamental research of the new generation of microfluidic technology——multiphase microfluidic analysis technology will be carried out, to develop a series of novel methods for multiphase microfluidic droplet control and analysis with independent intellectual property rights. Three ultramicro, high sensitive, high throughput and automated integrated multiphase microfluidic droplet analysis and screening systems will also be established. Thses novel methods and systems will be applied to high sensitive clinical diagnosis, ultralow-cost drug development and fundamental research in biomedicine, to make important contributions to the solving of bottleneck problems in thses fields. The implementation of this project has important significance in promoting the cross and integration between analytical chemistry, life science, and microfluidics.

本项目基于申请团队的前期研究成果，根据目前国际微流控分析研究领域的发展趋势，结合当前生命科学研究中的迫切需求，深入开展新一代微流控分析技术——多相微流控分析技术的基础研究与应用基础研究，发展具有自主知识产权的多相微流控液滴操控和检测新方法，建立具有超微量、高灵敏、高通量、自动化特点的集成化多相微流液滴分析系统，并将其应用于高灵敏的临床诊断、超微量低成本的药物研发和生物医学基础研究等领域，为上述领域内相关瓶颈问题的解决作出重要贡献，以实现发展学科前沿技术和深化拓展应用研究的双重突破。本项目对于推动分析化学与生命科学以及微流控学的交叉与融合发展具有重要的意义。

多相微流控技术是当前微流控芯片研究的前沿和热点领域之一，因具有微量、高效、高通量、高灵敏等优势，使其有望成为新一代流动分析以及生命科学研究的重要平台而获得广泛应用。本项目针对当前国际多相微流控领域研究中存在的薄弱环节，在多相微流控规律认识、方法创新、系统构建和应用拓展等多个层面上深入开展相关研究，发展了一系列具有自主知识产权的多相微流控液滴操控和检测新方法，构建了完整的基于序控液滴技术的微流控液滴操纵方法学体系，能自动灵活地完成对超微量（pL-nL）液滴的多种类多步骤复杂操控；发展了非泵式高通量的液滴生成、基于数字微流控与表面增强拉曼的超灵敏自动化免疫检测和便携化微流控检测等方法。建立了一系列集成化的多相微流控液滴分析和筛选系统，包括高通量蛋白质结晶筛选和药物筛选平台，单细胞MicroRNA分析和单细胞蛋白质组分析系统，数字PCR分析系统，微尺度细胞实验平台，微流控液滴质谱、色谱和毛细管电泳分析系统，基于流体力学分离与免疫识别相结合的稀有细胞捕获平台，自动化操控数字微流控平台，掌上焦磷酸测序仪，便携化检测新装置等。同时，开展了上述新方法和新系统在生物医学、临床诊断和高通量筛选领域的应用研究，在超微量大规模筛选、单细胞分析、CTCs分析、便携检测等领域的应用方面取得了突破性进展。项目执行期间，发表标注论文70篇，申请中国发明专利37项，其中12项获得授权；申请美国专利1项并获得授权。项目研究过程中，培养了一批从事微流控分析基础与应用基础研究的青年人才，培养博士研究生17名，已毕业12人，培养毕业硕士研究生17名。项目组成员2016年获中国化学会青年化学奖，2019年入选教育部青年长江学者。..