微流控芯片技术在药物分析领域的研究进展

微流控芯片

微流控芯片是一种利用刻制在玻璃、石英或有机塑料等基片材料上的微通道或通道网络实施样品的处理、转移、分离及检测等任务的微型电泳分析装置。微流控芯片具有体积小、样品和分析试剂消耗量少、分析速度快、样品处理简单、分离效能高、兼具微型化和可集成化等特点，可以实现进样、反应、过滤、分离、检测等多种功能，是未来分析仪器发展的方向。根据不同的分析目的，微流控芯片的微通道可设计为不同构型。目前研究中使用的微通道多为十字型，在芯片上有十字交叉的进样-分离通道以及与通道相连的储液池，待测样品溶液经进样、分离后，经检测器检测，即可得到各组分的分离检测图谱。近年来，微流控芯片在药物分析与检测上的应用越来越广泛，不仅涉及片剂、注射液、颗粒剂、胶囊、滴鼻液、滴眼液等多种剂型，而且可检测的成分也由单一主成分检测发展为多成分的同时检测，应用范围也拓展到了药动学研究、手性药物检测、组织样本中的药物浓度检测、尿药浓度检测、血药浓度检测等方面。本研究中，笔者以“微芯片”“微流控芯片”“药物分析”“紫外-可见光吸收检测”“激光诱导荧光检测”“化学发光检测”“电导检测”“安培检测”“质谱检测”“Microchip”“Micro-fluidic chip”“Medicine analysis”“UV detection”“Laser induced fluorescence detection”“Chemiluminescence detection”“Conductivity detection”“Amperometricdetect”“Mass spectrometry”等为关键词，在中国知网、万方、维普、PubMed、ScienceDirect、Wiley Online Library、Web of Science 等数据库中组合查询 2000 年 1 月－2019年 3 月发表的相关文献。结果，共检索到相关文献121篇，其中有效文献40篇。本研究在对微流控芯片检测方法特点进行总结介绍的基础上，对微流控芯片用于药物分析的研究进行了综述，以期为微流控芯片的进一步研究与应用提供参考。

1 微流控芯片检测方法介绍

目前可以应用微流控芯片的检测方法主要有紫外可见光吸收检测、激光诱导荧光检测、化学发光检测、电化学检测、质谱检测等。

1.1 微流控芯片紫外-可见光吸收检测

紫外-可见光吸收检测以朗伯-比尔定律为基础，测定物质的吸光度，用于物质的鉴别、杂质检查和含量测定，具有检测物质种类丰富、检测器结构简单等优点。该法以氘灯或钨灯为光源，选择一定的波长对微流控芯片上反应或分离后的样品进行照射，由紫外-可见光检测器检测物质的吸收波长从而获得检测信息。但微流控芯片的分离通道尺寸较短，限制了检测吸收光程，直接影响样品检测的分离度与灵敏度，因此应用微流控芯片紫外-可见光吸收检测药物的研究相对较少。

1.2 微流控芯片激光诱导荧光检测

激光诱导荧光检测是一种利用入射光照射后，物质本身或物质荧光衍生化后产生的荧光进行检测的方法。激光诱导荧光检测法灵敏度高，对于某些荧光效率高的荧光探针甚至可以达到单分子探测水平。在微流控芯片中，大多采用共聚焦光路与激光器及检测器结合，可有效消除强激发光的干扰，降低背景噪音。目前，虽然微流控芯片激光诱导荧光检测药物的研究较多，但由于很多药物自身荧光效率低，需要各类荧光探针或荧光试剂与待测药物进行特异性结合后才可以进行检测。

1.3 微流控芯片化学发光检测

化学发光检测被认为是一种高灵敏度的检测方法，是一种以分子吸收化学反应能量后，在基态与激发态之间跃迁、返回产生发光现象从而进行检测的方法。高效的化学发光体系有鲁米诺、光泽精、草酸盐、过氧草酸酯等。微流控芯片与化学发光检测器结合较为简单，通常直接将光电检测器直接置于反应通道下方。化学发光是以化学发光检测法为基础发展而来，其除保留了普通化学发光方法所具有的高灵敏度、仪器简单等优点外，还具有重现性好、试剂稳定、操作简便和一些试剂可以重复使用等优点。微流控芯片化学发光法检测药物的研究较为丰富。

1.4 微流控芯片电化学检测

电化学检测包括安培检测和电导检测，具有检测结构简单，易于集成化、微型化，制造成本、运行成本低等优点。安培检测的原理是基于具有电活性的物质在电极上发生氧化还原反应产生电流信号而进行检测的一种方法，其检测灵敏度相对较高。电导检测主要应用于可电离物质的检测，该方法是基于样品和缓冲溶液背景的电导差异而进行检测的，分为接触电导检测和非接触电导检测。在接触电导检测中，电极与通道中的溶液接触，电极容易受到损坏，且存在高压分离电场对检测的干扰及电极污染问题；非接触电导检测是在电导检测器基础上将检测电极放置在芯片外表面，避免了电极与待测溶液的直接接触，从而避免了随之而来的上述一系列问题。由于非接触电导检测干扰相对较少，通用性较好，因此目前大多数微流控芯片电导检测药物的研究多采用非接触电导检测。

1.5 微流控芯片质谱检测

质谱检测是以微通道末端喷头与电喷雾电离或基体辅助激光解析电离技术结合的一种检测方法。质谱检测的灵敏度高，结构分析能力强，特别适用于未知结构物质的检测。微流控芯片与质谱检测器结合，所得到的检测数据丰富而全面，不仅可以分离复杂混合物，而且可以鉴定各组分。目前微流控芯片质谱检测多用于细胞-药物作用后代谢物质的分析研究。

2 微流控芯片在药物分析中的应用

2.1 在单一主成分药物分析中的应用

目前，微流控芯片在片剂成分检测中的应用以非接触电导检测与安培检测居多。例如，苏子豪等使用微流控芯片非接触电导检测法测定了盐酸多塞平片剂中多塞平的含量，以4.0 mmol/L醋酸（HAc）-5.0 mmol/L醋酸钠（NaAc）（pH 4.78）为缓冲溶液，在分离电压2.0 kV、进样时间10 s的条件下，于2 min内实现了对盐酸多塞平的快速分离测定，检测限为2.0 μg/mL。童艳丽等采用微流控芯片非接触电导法，以 1.86 mmol/L 柠檬酸-0.14 mmol/L 柠檬酸钠（pH 3.0）为缓冲溶液，在进样时间为20 s、分离电压为2.5 kV的条件下，实现了对异烟肼片剂主成分的检测，检测限为2.4 μg/mL。蔡自由等利用微流控芯片非接触电导检测法测定了溴吡斯的明片中的溴吡斯的明含量，以 1 mmol/L HAc-1 mmol/LNaAc（pH 4.5）为缓冲溶液，在分离电压1.80 kV、进样时间 10 s 的条件下，于 2 min 内完成了检测，检测限为 0.6μg/mL。段隆慧等搭建了由碳纳米管微圆盘电极和钛管组成的双电极微流控芯片安培检测器，在10 mmol/L磷酸盐缓冲液（pH 7.8）、分离电压2.0 kV、进样时间10 s的条件下，于 2 min 内 实 现 了 对 烟 酰 胺 的 分 离 和 检测，检测限为 5.0 μmol/L。此外，RudaŠovÁ M等采用微流控芯片电导检测法对N-乙酰半胱氨酸片中的N-乙酰半胱氨酸进行了等速电泳分离检测，结果其重复性和准确性均较好。Ai Lawati HA等将微流控芯片化学发光检测法成功应用于分析片剂和多成分咳嗽糖浆中的马来酸氯苯那敏，结果检测限为0.054 9 μmol/L，线性范围为0.076 9～12.8 μmol/L。

在注射液分析方向，微流控芯片非接触电导检测法发挥了通用性强、适合检测溶液中离子的优势。肖羽等采用微流控芯片非接触电导法分别测定了左卡尼汀注射液与门冬氨酸鸟氨酸注射液的含量，选择 10mmol/L 水 吗 啉 乙 磺 酸（MES）-10 mmol/L L- 组 氨 酸（L-His）（pH 6.0）为检测左卡尼汀的缓冲溶液，以 4mmol/L MES-6 mmol/L L-His（pH 4.5）为检测门冬氨酸鸟氨酸的缓冲溶液，在分离电压均为 2.0 kV、进样时间均为10 s的条件下，于1 min内可分别实现对左卡尼汀注射液和门冬氨酸鸟氨酸注射液的快速测定，检测限分别为 3.0、10.0 μg/mL。翟海云等采用微流控芯片非接触电导检测法分别检测了盐酸洛美沙星注射液和加替沙星注射液，分别以 5.0 mmol/L HAc（pH 2.5）-5％乙醇、5.0 mmol/L HAc 为缓冲液，在分离电压分别为3.0、2.0 kV，进样时间分别为10、15 s的条件下，于1 min内分别实现了盐酸洛美沙星和加替沙星的分离和含量测定，检测限分别为10.0、1.0 μg/mL。

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