背景介绍：

对生物物种进行快速而灵敏的分析对于理解生物体中的代谢过程和对各种疾病的诊断至关重要。随着经济的发展以及对人类保健，食品安全控制和环境监测的日益关注，迫切需要发展用于检测多种生物分子的先进工具，特别是对即时检验（Point-of-care testing, POCT）的需求很高，因此需要开发合适的平台以制备高效的POCT装置。同时，为了发展不同检测目的所需的POCT装置，近年来，在基于微流体的生物传感器方面开展了广泛的研究。

“微流体（Microfluidics）”的定义包括两个主要方面，一个是微米级通道的小尺寸，另一个是纳米级或亚纳升以下液体的处理。在过去的几十年中，化学和化学分析系统的小型化生物应用引起越来越多相关领域研究人员的关注。与传统分析设备相比，微流体芯片或“芯片实验室（Lab-on-a-chip）”设备具有许多优势，例如，高的体积比，精确的流体控制，低的样品消耗以及与功能组件的高度集成。系统可以在几到几百微米的尺寸的微通道中处理少量的流体。由于尺寸相似，流体系统的缩小规模有利于分析小尺寸样本。另外，与宏观分析系统相比，微通道中的流体表现出不同寻常的特性。描述流体性能的关键参数是雷诺数（Re），该值受粘性力与惰性力之比的影响。通常，Re> 10³代表宏观系统，而Re <10²代表微流体系统。微流体设备中的低Re数表示非湍流或层流，这是其最重要且典型的特征。在层流状态中，流体的混合以流体之间的界面处的扩散为主导。由于微流体的规模小，扩散时间缩短，并且基于扩散的混合过程能使流体在微通道内发生宏观系统中无法实现的反应，因此基于微流体的生物传感器的开发对疾病诊断、食品安全控制及环境监测等领域具有重要的应用价值。近期，海南医科大学功能材料与分子影像技术创新团队于法标教授课题组报道了基于微流体的生物物种传感的相关成果并以“Microfluidics-Based Sensing of Biospecies”为题发表在国际化学权威杂志ACS Applied Bio Materials上（DOI: 10.1021/acsabm.0c01271）。

研究的主要内容介绍：

在过去的几十年中，基于许多先进技术的微流体装置引起了化学，生物和分析应用领域研究人员的广泛关注。微型设备与各种芯片设计相集成将促进其在不同领域实现生物分子的多功能检测，尤其是当微流体芯片与功能纳米材料相结合可以提高生物分子分离效率，检测速度、选择性和灵敏度。在这篇综述中，我们着重于微流体和微设备的制造，整合和功能，并总结了基于微流体的生物物种分析的最新进展，其中重点探讨了以各种疾病生物标志物（包括蛋白质、核酸等），生物小分子，细胞和病原体（包括细菌、病毒等）为代表的生物物种。根据不同的应用，微流体设备可以由多种材料制成，例如无机材料，聚合物和纸等。将微设备与各种芯片设计集成在一起，同时结合不同材料，如纳米材料等将有助于实现在微纳尺度上不同生物物种快速有效的分离和检测。同时结合一系列检测方法，包括光学技术（如荧光分析法、拉曼分析法、表面等离子共振分析法），电化学分析、电信号方法等，可以准确获取微流控平台上的生物物种信号。因此，微流体生物传感器在许多领域包括临床诊断，食品安全控制和环境监测等领域具有重要的应用价值。这篇综述旨在强调基于微流体的生物传感器在实现高通量，高灵敏度和低成本分析中的重要性，通过对近年来微流体生物传感器的最近进展进行总结与分析，希望能为对该领域感兴趣的读者提供一个入门知识平台，并对该领域的科研人员提供深入的总结与展望，期冀通过深入探讨促进微流体向更广泛的应用领域发展。