生物分析，一般以核酸、蛋白质等生物大分子和病毒、细菌、细胞等生物颗粒为分析对象，以现代分析化学方法为分析手段。传统的生物分析方法常常需要专业的实验室设备及人员，大量的试剂及较长的操作时间，多步烦琐的操作与前处理，给非专业人士设置了较高的门槛。数字微流控具有试剂样本消耗少、检测分析时间短、良好密闭隔绝污染、自动化程序化等特点，因此相当符合生物分析应用的需要。免疫分析是指利用抗原抗体的特异性反应进行检测的一种手段，具有特异性好、灵敏度高等优点，常用于检测蛋白质、药物、激素等微量物质。但其操作过程烦琐、费时费力，而且检测成本高，不利于其在实际分析中的应用。数字微流控作为新型的离散液滴操控技术，基于电信号实现对液滴的操控，具备自动化和程序化操控的能力，不仅能解决免疫分析操作烦琐、费时费力的难题，而且小体积反应大大降低了试剂的消耗，进一步降低了分析成本。到目前为止，应用于数字微流控的免疫反应一般是基于异相免疫反应，有两种抗体固定的形式，即将抗体固定在固体表面（如芯片表面），或者将抗体固定在磁珠表面。下面将分别介绍这两种不同形式的免疫反应在数字微流控上的应用。Miller等将人免疫球蛋白的抗体锚定在数字微流控的上板上，通过移动不同的试剂至该锚定位点即可实现孵育、清洗等步骤。如下图所示，固定在上板的抗体可特异性捕获样本中的人免疫球蛋白，标记有异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)的检测抗体结合上去，形成免疫复合物。通过自制的多孔荧光读板仪采集芯片上的荧光信号，实现了人免疫球蛋白的定量检测，整个检测可在2.5h内完成。抗体直接锚定法的免疫检测
相比于直接将抗体锚定在数字微流控芯片上，使用磁珠固定抗体是更受欢迎的一种方式。磁珠不仅具有较大的比表面积，能够偶联更多的抗体；而且基于磁珠的固定方式不会破坏芯片表面的疏水结构，不影响芯片的重复使用。因此目前大多数免疫分析是基于磁珠法进行的。Sista等首次在数字微流控上实现了基于磁珠法的免疫反应，用于白细胞介素-6(interleukin-6)和胰岛素(insulin)的检测。基于磁珠法的免疫反应一般包括四个基本操作：磁珠孵育、磁珠固定、磁珠洗涤和磁珠重悬。通过外部磁铁固定磁珠并利用数字微流控操作移走废液可实现芯片上磁珠与液滴的分离，而且经验证用约8000倍的洗液洗涤磁珠后，磁珠几乎没有损失，证明了该体系良好的工作性能。基于磁珠法的免疫检测
通过除去芯片上多余的上清来清洗磁珠
另外，在他们的另一项工作中，为了验证该方法在即时检测方面的可行性，他们用该体系进行了全血中心肌肌钙蛋Ⅰ(cardiac troponin Ⅰ,cTnI)的检测，整个检测时间仅为8min,并且在全血中得到较理想的回收率，回收率分别为108%、87%、77%。![]()
在大多数文献报道中，数字微流控上免疫反应的信号读取方式一般基于光学信号，如荧光或化学发光，这也是最常用的信号检测方式。然而基于光学的信号检测方式常常依赖于精密的仪器和严格的信号采集环境，不利于现场检测的实现，而且灵敏度难以进一步提高。因此，需要发展其他高灵敏度、低成本的信号检测技术用于免疫分析。近年来，电化学检测方式由于具有成本低、检测灵敏度高、易于集成等优点，在免疫分析中越来越受欢迎。Wheeler课题组首次将电化学检测方式应用在基于数字微流控的免疫分析中。如下图所示，上板上集成了金工作电极和银参比电极，通过辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)在过氧化氢存在条件下氧化底物TMB变为TMB2+，该过程所释放的电子被电极捕捉到从而产生电信号。利用该体系，他们实现了促甲状腺激素的检测，检测限为2.4ulU/mL。基于电化学检测方式的免疫分析
除了电化学检测方式，表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)技术也是免疫分析中一种常用的信号放大方式。SERS是一种超灵敏的散射光谱技术，能够反映单个分子的振动信息。其具有信号放大显著、空间分辨率高、光稳定性强、不受水分子干扰等优势，因此被广泛用于蛋白质检测、核酸分析、生物成像等领域。Wang等合成了具有金核银壳结构的SERS探针用于自动化免疫分析。所合成的SERS探针具有拉曼活性强、均一性好、稳定性高等优点，并用于基于数字微流控的免疫分析，成功实现了H5N1流感病毒的快速、灵敏检测，检测限为74pg/mL，远低于金标准方法。同时，结合数字微流控不仅减少了试剂的消耗(30uL)，缩短了检测时间(45min),而且由于数字微流控良好的密闭性降低了传染性样本检测的感染风险，该技术有望在现场快速检测、临床诊断等领域得到广泛应用。基于SERS技术的免疫分析
核酸分析是一种常用的分子诊断技术，具有准确性好、灵敏度高的优点，广泛用于基因表达分析、致病菌检测、疾病诊断等领域。然而传统的实验室分析方法通常步骤烦琐、费时费力，而且依赖于精密复杂的仪器设备，不利于其进一步发展和推广。数字微流控的出现为核酸自动化、快速分析提供了新的研究手段和工具，近年来，数字微流控在核酸提取纯化、核酸扩增、焦磷酸测序分析等方面得到了广泛应用。核酸的提取和纯化是核酸分析的首要步骤，从复杂的生物样本中获得足量、纯净的核酸是后续分析的关键。核酸的提取和纯化一般包括重复性的加样、混匀和洗涤过程，因此尤其适合应用于数字微流控。Sista等利用数字微流控实现了从人的全血样本中分离出纯净的基因组。如下图所示，核酸的分离基于磁珠法，首先将顺磁性磁珠重悬在裂解液中，并在数字微流控的驱动下与另一个全血的液滴融合进行细胞的裂解。细胞裂解所释放的核酸和其他裂解物都会吸附在磁珠上，通过固定磁珠多次进行洗涤操作，将细胞裂解碎片等杂质从磁珠上洗掉。最终通过洗脱液把核酸从磁珠上洗脱下来以获得较为纯净的基因组。样本的浓缩过程和核酸分离纯化过程
数字微流控芯片的设计示意图
Hung等同样发展了基于数字微流控的核酸快速提取技术，并可在室温下完成提取过程。而且经过优化洗涤轮数大大减少，实现了全血中基因组的分离，并对所提取的核酸进行了定性和定量表征。对所提取的核酸经SYBR Green染色验证：明场图（左）和荧光场图（右）
数字微流控不仅可以实现全基因组的分离和纯化，还可以直接分离特定的核酸片段。Wulff-Burchfield等利用修饰特定捕获探针的磁珠，可直接从鼻咽洗液样本中分离出肺炎支原体特定的核酸片段，并通过后续PCR扩增实现了肺炎病原体的快速、准确检测。微流控PCR装置。左：自成一体的仪器，包括电源、控制电子设备、荧光模块、加热器和芯片舱(箭头所示)；中：组装微流体盒的照片，包括86×86mm的PCB芯片，聚合物垫片和有钻孔的玻璃顶板；右图：PCR芯片示意图，显示相对于加热器、磁铁和检测器的电极位置。
从生物样本中分离出的核酸往往是极其微量的，很难直接进行分析或检测，因此需要对所提取的核酸进行扩增，以达到仪器可检测的水平。聚合酶链式反应(PCR)是被最广泛使用的一种体外核酸片段扩增技术，能对微量的核酸片段进行指数倍的放大，形成几百万个拷贝，并且效率高、特异性好、灵敏度高。PCR过程一般包含3个步骤：95℃下变性，使双链DNA解旋成单链；55℃左右下退火，使引物结合到DNA单链模板上；72℃左右下延伸，脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)按照碱基互补配对原则在DNA聚合酶的作用下进行延伸，合成新的互补链。这三个步骤为一个循环，经过多个循环可将微量的核酸片段进行指数倍放大。将PCR技术集成在数字微流控平台上有以下优点：
①试剂和样本的消耗大大减少，减小为传统反应体积的约1/40000；
②小体积反应提高了扩散效率和传热效率，大大缩短了扩增时间，而且小体积中温度更加均匀、易控制；
③小体积PCR的扩增效果优于大体积PCR，灵敏度可提高约100倍；
④由于数字微流控具有极强的可扩展性，易于实现高通量平行扩增。
在数字微流控上进行PCR扩增需要解决热循环的问题。热循环的实现有两种方式，如下图所示：一种方式是保持液滴在一个区域，并对该区域进行温度循环控制以实现热循环过程；另一种方式是在芯片上不同区城设置不同的温度，并使液滴在不同的温度区域间进行来回穿梭以实现热循环过程。单一区域热循环
多区域热循环
Chang等采用单一区域热循环方式实现了数字微流控芯片上的PCR过程。如下图所示，从储液池分别生成含有cDNA以及PCR反应液的液滴，移动至下面的混合区域进行融合和混匀，然后移动至热循环区域进行PCR扩增。该扩增区域集成了两个微型加热器和一个微型温度传感器，以对温度进行精确控制。该工作成功实现了数字微流控上PCR过程，但最终PCR产物的确定是通过线下的凝胶电泳表征实现的。数字微流控芯片实物图，包含两个储液池、一个混匀区域和一个PCR扩增区域，基于单区域热循环策略用于PCR扩增
Norian等利用集成电路技术成功实现了数字微流控芯片上全集成化的实时定量荧光PCR过程。芯片的设计如下图所示。数字微流控芯片上组装有三个电加热模块和三个对应的温度传感模块，采用单一区域热循环模式，可同时进行三个平行PCR过程。通过单光子雪崩二极管进行液滴荧光信号的采集，实现了实时定量荧光PCR过程。利用该装置，他们在1.2nL液滴中实现了金黄色葡萄球菌DNA的实时扩增，动态检测范围超过4个数量级，检测限低至1个拷贝。数字微流控芯片设计示意图，芯片上包含三个独立的加热模块，基于单区域热循环策略进行PCR扩增，并通过单光子雪崩二极管实时采集液滴的荧光信号
Sista等则采用第二种控温策略。如下图所示，在数字微流控芯片上设置了两个不同的温度区域60℃和95℃，通过使液滴在这两个区域间穿梭实现PCR扩增。液滴的体积为600nL，移动速率为25个电极/s，移动的距离为16个电极，因此单次穿梭时间仅为约0.6s。PCR热循环条件为：①95℃ 30s预变性；②95℃ 5s，60℃ 10s，40个循环可在12min内完成。液滴的荧光信号在60℃的区域上读取，每扩增一次读取一次荧光信号，实现实时荧光的监测和记录。利用该装量可实现耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等致病菌核酸的快扩增检测。数字微流控芯片设计及温度区域示意图，采用多区域控温策略进行PCR扩增
Yehezkel等同样采用了这种分区热循环的控温策略，在数字微流控上利用单分子PCR技术首次实现了DNA的从头合成。基因的合成与克隆的集成化对于推进生物工程的发展有着重大意义，因此，目前已有诸多研究通过多种微流体技术酶促一锅法进行基因的从头合成 。他们基于数字微流控平台开发了可编程有序聚合方法、DNA微流体组合装配技术和微流体体外克隆技术，并将它们分别应用于基因的从头合成、组合装配和无细胞克隆。他们通过该平台构建、克隆酵母核糖体结合位点和细菌天青蛋白的文库，证明这些方法的可行性。具体的芯片设计如下图所示，每个芯片包含8个通道，每个通道上可同时平行运行3个反应，因此一个芯片可同时运行24个反应。通过芯片上的逐级稀释获得含有单分子模板的液滴，并在三个温度区域(62℃、72℃和95℃)之间穿梭实现了快速PCR扩增。该体系具有很多优点：①通量高，芯片上可同时运行24个反应，远超于传统方法的通量；②扩增时间大大缩短，与传统大体积PCR扩增相比时间缩短为1/100；③数字微流控的自动化操控简化了复杂的操作步骤，具有较强的实用性。用于单分子PCR扩增的数字微流控芯片的整体示意图，通过逐级稀释法获取单分子模板并在三个温度区域间穿梭实现单分子PCR扩增
虽然PCR技术扩增效率高、特异性好，但PCR过程至少需要两个温度才能实现扩增，这无疑会增加设备的复杂程度，不利于现场即时检测的实现。近年来，恒温核酸扩增技术的出现解决了上述难题，在恒定的温度下即可完成核酸的快速扩增，而且对温度的要求没有特别严格，大大简化了控温装置的复杂度，在资源有限地区和现场快速检测领域具有很大的发展前景。常见的恒温核酸扩增技术如环介导恒温扩增(LAMP)技术、重组酶聚合酶扩增(RPA)技术，已经成功地应用在数字微流控上，实现了核酸的快速恒温扩增和分析。Coelho等首次验证了数字微流控上LAMP扩增的可行性。如下图所示，从两个储液池中分别生成LAMP反应液的液滴和靶标DNA的液滴，将其移动至反应区进行融合和混匀，并控制芯片温度在65℃士0.3℃进行LAMP扩增，扩增产物通过线下的凝胶电泳来检测。该体系在1.5uL的液滴中扩增，不仅扩增效率高，扩增0.5ng/uL的DNA仅需要45min，而且DMF-LAMP比大体积LAMP表现出更高的灵敏度。DMF-LAMP扩增过程示意图和LAMP反应示意图
Wan等发展了基于分子信标的DMF-LAMP，利用荧光显微镜实时记录荧光，并进行了熔解曲线分析。相比于传统的SYBR Green染色的方式，这种分子信标的标记方式大大降低了假阳性概率，提高了检测的准确性。利用该方法对布氏锥虫的DNA进行了LAMP扩增验证，在1uL的液滴中进行扩增，可在40min内完成，而且检测限低至10拷贝。DMF芯片系统各模块工作原理示意图，包括电路控制模块、驱动模块、热集成模块和信号采集模块
Morgan课题组发展了基于有源矩阵的介电润湿系统(AM-EWOD)。他们所搭建的AM-EWOD可分别进行电极单独控制和同时控制，并通过内置的阻抗传感器实时感应液滴的位置和大小，同时集成了温度加热器和传感器实现芯片上温度的精准控制。阻抗感应成像系统对液滴分裂过程的展示：实际图像（左）和阻抗感应成像（右）
如下图所示，利用该装置，他们在数字微流控芯片上实现了真正意义上的试剂动态配制，并结合RPA实时扩增，用于大肠杆菌blacTX-M-15基因的检测。DMF-RPA扩增在15min内完成，动态检测范围超过4个数量级，检测限低至单个拷贝。![]()
基于AM-EWOD系统的RPA试剂动态配制过程和扩增过程以及芯片上动态混匀示意图
测序作为一种有效的核酸分析手段，能直接获取DNA的原始信息，在突变检测、基因分型、法医鉴定、疾病诊断等方面发挥着巨大的作用。焦磷酸测序技术是一项成熟的DNA测序分析技术，利用与模板互补的dNTP结合所释放的焦磷酸引发的酶级联反应，促使底物荧光素发光进行检测，并可以通过发光强度确定碱基结合的个数。焦磷酸测序过程涉及多步的孵育和清洗步骤，操作具有很高的重复性、费时费力，因此很适合应用于数字微流控的自动化操纵体系中。Welch等首次在数字微流控上实现了焦磷酸测序的过程。他们首先进行了可行性验证，通过将含有不同浓度的腺苷三磷酸(ATP)液滴与荧光素液滴合并，建立ATP浓度与化学发光强度的工作曲线，其检测限可低至7nmol/L，远低于单碱基结合所产生的ATP，证明了该体系的可行性。实验装置图像
Zou等同样利用焦磷酸测序技术在数字微流控上实现了DNA突变分析。他们利用磁珠固定DNA模板，通过数字微流控依次生成含有组合酶的液滴、核苷酸的液滴与磁珠混匀，并利用光电倍增管采集化学发光信号。利用该体系可在30min内完成KRAS基因的突变分析，可以实现5%突变水平的检测。(A)装置照片；(B)反应芯片示意图；(C)电极阵列的截面示意图；(D)焦磷酸测序的工作原理。
除了焦磷酸测序，Illumina测序也是新一代测序的主要手段。Illumina是当前最热的二代测序公司，它测序的特点是使用带有可以切除的叠氮基和荧光标记的dNTP进行合成测序。由于dNTP上叠氮基团的存在，每个链每次测序循环只会合成一个碱基。由于A、C、G、T四种碱基所携带的荧光信号各不相同，因此读取此时的荧光信号即可得知此时的碱基类型。重复这个过程，就可以对所有碱基序列进行测定。Illumina测序的工作流程如下，建库、桥式PCR扩增、Read1测序、Read2测序、双端测序(Read3)。建库即使用超声将DNA样品打碎成小片段，接着T4酶修补末端，Klenow酶在3’末端加A，然后DNA连接酶将测序引物和DNA片段连接，即制成测序文库。由此可见，测序文库的制备是测序过程中至关重要的一步，在一定程度上决定了测序的质量。测序文库的制备主要包括基因组的准备、片段化、添加通用接头序列、文库预扩增、片段分选等过程。Kim等将数字微流控离散液滴操纵技术与传统连续流技术联用，用于高通量测序文库的制备，实现了真正意义上的“样品进，文库出”过程。利用该装置，他们实现了人和大肠杆菌基因组测序文库的制备，大肠杆菌测序比对率可高达99%以上，证明了该体系具有良好的工作性能。装置实物图
用于制备DNA文库测序的集成微流体系统
基于蛋白分析的前处理步骤通常烦琐冗长，亟须自动化平台来提高工作效率。而数字微流控由于其高度自动化的优势，具有简化复杂实验操作的能力，特别适合各类需要大量人力操作的应用。近年来，数字微流控被广泛用于蛋白分析，包括对酶的检测、蛋白质组学的纯化和分析。酶在生物化学反应中扮演着非常重要的角色，因此在数字微流控上进行酶的测定一直备受关往。Taniguchi等利用荧光素和荧光素酶液滴体系的简易混合首次在数字微流控上证明了酶检测的可行性。Srinivasan等首次在数字微流控上实现了基于酶反应的葡萄糖定量检测，并得到了与光谱仪检测一致的结果。葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下转化为葡萄糖酸和过氧化氢，然后在底物4-AAP与TOPS的作用下，与过氧化物酶发生反应生成紫色的沉淀即醌亚胺，最后通过545nm的吸收来进行定量。在仪器上，该平台利用一个光电二极管和发光二极管集成了信号输出装置。电润湿芯片与光学检测仪器的垂直截面。
Miller等则利用碱性磷酸酶可以催化荧光素二磷酸得到荧光素的特性将其应用于数字微流控上进行检测。如下图所示，碱性磷酸酶液滴和荧光素二磷酸液滴分别生成并混合得到荧光信号，检测限约为7.0x10^-20mol，检测范围为2个数量级，检测体积为140nL，与传统方法相比，检测限更低，检测体积更小。同时，他们也进行了酶动力学实验，验证了其得到的动力学常数和传统孔板的方法检测结果相一致。数字微流控荧光酶分析，分别从左、右的储液槽中生成碱性磷酸酶液滴和荧光素二磷酸液滴并融合，混合后进行反应，发出强烈的荧光信号，并随时间监测荧光信号
此外，Sista等将基于数字微流控的酶的检测应用到实际样品中，通过收集和分析新生儿干血点标本，利用数字微流控平台进行快速多重荧光的酶的测定，从而对Pompe和Fabry疾病进行筛选。他们的结果也与传统的荧光测定法获得的结果高度一致。Vergauwe等通过应用蒙特卡罗模拟研究不同液滴操作引起的可变性的累积效应，从而对检测进行优化。通过优化驱动参数，即驱动电压、激活时间、弛豫时间和电极尺寸，实现了可重现的精确控制的液滴操纵过程，获得了酶促测定的完整校准曲线，平均CV值为2%。蛋白质组学前处理的步骤是复杂冗长的，在早期的基于数字微流控平台的组学研究中，数字微流控平台多用于样品前处理，如直接沉积在芯片表面，再用提取试剂进行处理，最后通过MALDI-MS进行分析检测。随后，Jebrail等将沉淀、清洗和再溶解的步骤集成到数字微流控平台上，用于提取和纯化复杂生物样品（如血清和细胞裂解液）中的蛋白质。该方法对蛋白质的提取效率高达80%，并且免去了离心的步骤，对基于微流控的平台非常友好。此后，Luk等和Chatterjee等在数字微流控上集成了蛋白质提取的主要前处理步骤，包括还原、烷基化和酶切。Nelson等在之前技术的基础上，又集成了电阻加热和温度感应系统，便于直接进行MALDI-MS分析。随后，水凝胶盘的出现为数字微流控平台上蛋白质组学前处理的发展带来了创新的一步。Luk等将数字微流控与水凝胶集成用于蛋白质组的封装和消化，如下图所示，其中水凝胶作为微反应器来固定胰蛋白酶或胃蛋白酶，因此当带有蛋白质组学分析物的液滴接触水凝胶盘时，就会发生酶解，继而通过MALDI-MS来进行组学分析。这种基于数字微流控的样品前处理使得单个样品可以同时与多种水凝胶微反应器接触进行消化，提高了反应效率。同时，他们利用质谱证明了通过水凝胶来进行异相的酶解消化比传统的均相处理覆盖度更高。Aijian等将一个完整的蛋白质样品前处理过程集成到了数字微流控平台上，包括样品引入、二硫键还原、烷基化、胰蛋白酶消化、结晶、质谱表征。为了更高效地在数字微流控平台上处理蛋白质，需要解决蛋白质吸附和结晶产率低的问题。他们发现氟化试剂可以替代表面活性剂来促进液滴移动，并减少蛋白质在芯片表面的吸附。同时，这种氟化试剂可以通过蒸发来消除，从而降低对MALDI-MS分析的干扰。而将少量的氟化表面活性剂加入基质溶液中，则有助于基质在疏水层上结晶。数字微流控可实现对皮升到微升级液体的精准操控，且能对光、电等多功能模块进行集成，因此在细胞操控方面有着快速、精确、可调控性强等传统手段无法相比的特点。基于数字微流控的细胞培养主要分为悬浮细胞培养、二维培养和三维培养。Au等设计了一种数字微流控平台用于培养悬浮细胞，并且分析每个独立液滴中细胞的密度。他们通过自动混合和精准温度控制的方法，连续培养了细菌、藻类和酵母菌五天，并通过细胞对光的吸收来对其进行定量。Shih等最近发展了一种通过数字微流控平台来考察不同种类和浓度的离子液体对酵母菌的生长和乙醇产量的影响的方法。酵母菌首先在微流控芯片内被包裹在液滴中，然后被转移到数字微流控平台上进行长期的培养和研究。与多孔板的方法相比，这种方法所用试剂的体积可以减小为1/600，且总的试剂用量不超过120nL。而对于在数字微流控平台上细胞的二维培养，数字微流控平台原先使用的疏水的芯片表面则需要有所改进，以便于细胞的贴壁和生长。如下图所示，Wheeler课题组发展了一种“被动分散”的技术，即基于Teflon-AF剥离微加工技术，在无须加入生物分子或者蛋白质的情况下即可在芯片上板形成亲水结构，从而形成虚拟微孔引导精准的细胞贴壁行为。通过与传统孔板培养的结果相比，他们在芯片上培养的细胞具有与传统方法相似的形态学和生长速度，因此证实了这种培养方法的有效性。同时，Bogojevic等将这种技术用于多重细胞凋亡的检测。他们将HeLa细胞置于上板的亲水结构中培养，发现与在96孔板中的结果相比，在数字微流控上培养的细胞的检测限更低，同时试剂耗量降低为原来的1/33。数字微流控上基于被动分散的二维细胞培养的芯片构成
虽然二维细胞培养是一种在实验室里最常用的技术，但是三维细胞培养由于模拟了体内的生理环境，受到了更广泛的关注。Fiddes等第一个提出在数字微流控平台上进行三维细胞培养的概念，即通过圆柱形的水凝胶盘来实现细胞的三维养。他们将NIH-3T3纤维原细胞接种在超低胶凝温度的琼脂糖溶液中，然后成腔培养七天。George等最近将这种技术应用到化学试剂细胞毒性的研究，将水凝胶的位置固定的同时移动化学试剂液滴，从而避免了设置物理屏障和化学亲水化结构的需求，以此测试了不同浓度二甲亚砜对海藻酸凝胶中三维培养的细胞存活率的影响。三维细胞的培养还可以在自由漂浮的水凝胶微组织中进行，从而不受水凝胶圆柱的约束。Chiang等将介电润湿和介电泳两种技术相结合，利用多种水凝胶构建了一个多功能的可编码的水凝胶模块，并将多种细胞分别包裹在水凝胶里，从而形成可编码细胞图案，为组织工程、材料科学的应用打下基础。数字微流控上利用水凝胶进行三维细胞培养的芯片构成和细胞图案展示（比例尺：200um）
细胞分选和纯化是细胞相关应用中很关键的步骤。目前，传统微流控技术已经在细胞分选应用中显示了其价值，如循环肿瘤细胞的分离、血细胞分选和癌症干细胞分离等。而在数字微流控平台上，利用光、电、磁相关的技术，也可对细胞进行分选和操控。Fan等通过介电泳和介电润湿技术来控制细胞。通过在电极上施加不同频率电信号，可以在芯片上选择性形成介电泳和介电润湿。在低频下，施加的电压主要在介电层中被消耗，并导致介电润湿从而操纵毫米级的液滴。而高频信号会在液体中产生不均匀电场，并产生介电泳力来驱动液滴内部微米级的细胞或颗粒。他们分别设计了方形和条形电极，通过DEP将细胞或颗粒移至液滴的一侧后，再通过EWOD以1kHz信号实现液滴介电泳将细胞或颗粒移至液滴的一侧后，再通过介电润湿以1kHz信号实现液滴分裂。在介电泳的单次工作周期内，细胞能够被浓缩至原来的1/1.6。Valley等设计了一种基于光学方法分选并操控细胞的方法。该平台由光电润湿设备和光电镊构成，分别控制离散液滴和微球，如下图所示，(a)图为以光电润湿的方式运行的设备图。入射光与光电导a-Si:H层相互作用，并使电场局部集中在薄的Al2O3和Teflon介电层上，导致附近的水滴向光图案移动，使得液滴内的颗粒与液滴一起运输。(b)图为以光电镊方式运行的设备图。在这种方式下，电绝缘的Al2O3和Teflon层被短路，电场集中在液体/液滴层中。因此，在入射光能附近时，液滴内的微球经受介电泳力从而被驱动。利用这种方法能够分选出液滴里单个的HeLa细胞，并将其包裹起来。由于电极是使用图案化的光创建的，因此该技术无须使用光刻机光刻微电极阵列，器件制造仅需要平面沉积，且可在设备表面上的任何位置进行粒子/液滴操纵，进行完整的二维单粒子控制。基于光学方法分选并控制细胞的方法原理图
Kumar等利用DMF芯片技术在单细胞分辨率下对单个原生质体进行分析。如下图所示，他们用磁性颗粒标记原生质体，并固定在DMF芯片上，通过具有不同渗透条件的液滴运输到捕获细胞的位置，并用外部数码相机同时监控体积，然后进行图像分析。优化磁珠浓度后，这种方法能够有效用于原生质体的分离。这项工作说明了该系统可用于自动化对非黏附细胞进行单细胞研究。[1]A digital microfluidic approach to heterogeneous immunoassays (10.1007/s00216-010-4368-2)[2]Heterogeneous immunoassays using magnetic beads on a digital microfluidic platform (10.1039/b807855f)[3]Development of a digital microfluidic platform for point of care testing (10.1039/b814922d)[4]A digital microfluidic electrochemical immunoassay (10.1039/c3lc51063h)[5]Highly Sensitive and Automated Surface Enhanced Raman Scattering-based Immunoassay for H5N1 Detection with Digital Microfluidics (10.1021/acs.analchem.8b00002)
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[9]An integrated CMOS quantitative-polymerase-chain-reaction lab-on-chip for point-of-care diagnostics (10.1039/c4lc00443d)
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[12]A digital microfluidics system for loop-mediated isothermal amplification and sequence specific pathogen detection (10.1038/s41598-017-14698-x)
[13]Programmable large area digital microfluidic array with integrated droplet sensing for bioassays (10.1039/c2lc40273d)[14]Rapid and sensitive detection of antibiotic resistance on a programmable digital microfluidic platform (10.1039/c5lc00462d)
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