微流控芯片技术兴起于20世纪90年代,是一个集合工程学、物理学、化学和生物学等多学科知识的新型交叉研究领域。它通过在微尺度的芯片上对流体进行操控,实现各操作单元的连接和集成以及对微小尺度物体的控制。它致力于研究分析方法的微型化、探索利用流体控制可以实现的新方法和观察在微尺度下的研究对象的新行为。由于微流控芯片流体通道尺寸小,使得它可以更高效地进行反应、更有效地控制微环境和更经济地利用资源。由于它高度集成的特性,使得它可以进行大规模的反应、分析和检测,提高研究效率和给出更密集的信息。本论文对微流控芯片技术在蛋白质分析和细胞分析两大方面的应用进行了研究。论文主要包括以下内容:　　第一章微流控芯片技术概述。介绍了微流控芯片的定义、产生和发展,对微流控芯片电泳的研究进行了综述,并着重在芯片电泳的灵敏度、重现性和对蛋白质样品的分析能力等方面对现有研究成果和面临的问题进行了讨论。此外,对高速发展的芯片细胞分析方法按照其操作模块进行了分类的论述,并提出了单细胞研究的重要性和微流控芯片在此方面的巨大优势和迫切需求。　　第二章微流控芯片电泳在线富集技术高灵敏检测蛋白质。为满足快速检测低含量蛋白质的要求,解决微流控芯片蛋白质电泳灵敏度低、重现性差的问题,本论文采用一个全新的途径对痕量蛋白质样品进行了芯片电泳在线富集和检测。在不需要对芯片进行特殊处理和设计、不需要加入额外的样品富集单元的情况下,仅通过控制芯片电泳电压和缓冲液的组成,实现了pM量级的绿色荧光蛋白的检测。此方法首次通过结合静压力、场放大堆积作用和推扫富集作用,实现了对目标物长时间和上千倍的富集。论文还对芯片上的静压力和场放大堆积现象进行了深入的计算和讨论,首次在原理上阐释了芯片上场放大堆积作用的规律和长时间富集须满足的条件。　　第三章微流控芯片电泳方法高灵敏检测大肠杆菌表达蛋白质。结合了长时间场放大堆积和推扫富集的芯片电泳方法可以实现蛋白质样品的高灵敏和快速分析,此方法有利于对细胞蛋白质表达的规律进行监测。本论文实现了未经样品纯化的极少量细菌绿色荧光蛋白表达的快速检测。另外,本论文对大肠杆菌诱导表达绿色荧光蛋白在各温度条件下的表达规律进行了基于芯片电泳的实时监测,得出了细菌生长和蛋白质表达的动力学关系,并得到了利用大肠杆菌合成目标蛋白质的最佳培养条件。　　第四章结合在线样品纯化和选择性富集的微流控芯片免疫电泳。复杂生物样品中的痕量蛋白质的电泳分析由于干扰蛋白质的存在以及高背景的基质等受到严重的制约。样品纯化的过程费时费力,造成样品的损失,并且不能满足对极少量样品的分析要求。论文首次利用各种物质电泳淌度的差别,在大型干扰蛋白质背景下对目标蛋白质进行了选择性的富集,并通过控制富集的时间和电压,实现了干扰物质的去除。在无需进行复杂的提纯步骤下,人血清样品中的痕量生长因子得到了快速的定量检测。这是首次在对芯片电泳中的电动力作用进行系统的原理分析和实验证明的基础上发展的选择性在线纯化和富集方法。　　第五章微流控芯片大规模单细胞培养和相互作用研究。由于细胞行为异质性的普遍存在,特别是在干细胞分化、癌症细胞抗药性等方面的突出表现,利用微流控芯片大规模研究单细胞的行为具有重要意义。本论文构建了微流控芯片单细胞捕获、长时间培养和观测平台。通过灵活利用和控制流体阻力,实现了单细胞的高效捕获和多种细胞株的顺序配对。大规模的平行单细胞培养间可以提供细胞生长空间和养分,同时避免了培养间之间的相互影响,实现了单细胞对的长时间共培养和观测,并揭示了单个胚胎干细胞和成纤维细胞之间在迁移和增殖方面的相互作用规律。　　本论文一方面从芯片电泳的基础入手,通过分析和计算物质在芯片电泳中的迁移规律,创造性地建立了一类新颖的快速简便、高效灵敏和重现性高的芯片蛋白质电泳方法,并利用此方法成功实现了对细胞表达蛋白质的动力学研宄和临床血清样品的直接检测。另一方面,开发了可以对几百个单细胞或单细胞对进行长时间培养和观察的微流控芯片,成功实现了单个胚胎干细胞和成纤维细胞的芯片培养。本论文的研究成果为相关生命分析研宄领域提供了有力的方法和技术手段。