导读：

近期，澳大利亚阿德莱德大学Lukas Gerstweiler博士团队发表综述，系统阐述了微流控技术在生物制造工艺开发中的核心价值，涵盖其技术原理、在上游菌株开发与微型生物反应器及下游细胞裂解、液液萃取、色谱分离等环节的应用，同时深入分析了该技术当前面临的制造、自动化等挑战及未来发展方向。相关研究成果以“Microfluidics in biomanufacturing process development”为题发表于期刊《Biotechnology Advances》。

本文要点：

1、微流控技术在生物制造工艺开发中展现出巨大潜力，其通过微米级流体操控实现了动态、高通量实验，提升了过程控制能力，并显著降低了操作体积与时间成本。

2、该系统可应用于完整的生物加工流程，涵盖上游的菌种开发、细胞培养以及下游的细胞裂解与产物纯化。传感器与自动化技术的集成对获取高质量数据至关重要，有助于工艺优化与放大。

3、本综述总结了微流控基础原理及其在生物制造中的关键特性，讨论了其在上、下游工艺优化与放大中的应用，并针对该平台在制造技术、自动化及人工智能融合方面所面临的挑战与未来前景进行了展望。

一张图读懂全文：

图1. 微流控工具箱。展示了被动式与主动式液滴生成方法的示意图、数字微流控结构示意图，以及采用结构陷阱用于细胞和反应相关应用的通道式微流控示意图。

图2. 用于合成细胞应用中分子生物学与分析方法的微流控技术。菌株开发的“设计-构建-测试-学习”循环流程包括：DNA合成与组装、细胞转化、培养及表型分析。图中呈现了三类微流控技术：液滴微流控（用于细胞包裹、分析及作为独立生物反应器）、数字微流控（用于DNA合成、组装及精准液体操控）、通道式微流控（用于受限结构内的细胞培养与生化反应）。

图3. 作为工艺开发筛选工具的微生物反应器。（a）3D打印微气泡柱反应器的分解视图，包含反应器模块、置于外围框架内的传感器板及硅密封件，所有部件通过磁铁固定。（b）单细胞微流控生物反应器示意图，该反应器配备计算机控制的压力调节器和用于培养基供应的注射泵，以及用于控制工艺温度的热板。（c）用于植物细胞间相互作用研究的模块化生物反应器分解视图。（d）基于液滴的微流控平台实验装置，用于培养参数的一维和二维筛选。（e）结合裂解模块与双水相萃取（ATPS）模块的微型恒化器布局，可用于连续生物工艺筛选与优化，图中还包含该微器件内连续工艺的示意图。

图4. 基于微流控器件的细胞裂解。（a）用于快速化学裂解筛选的微流控芯片示意图。（b）在微通道内使用三羟甲基氨基甲烷-盐酸（Tris-HCl）缓冲液、B-PER®试剂和溶菌酶裂解大肠杆菌的效率对比。（c）集成化化学细胞裂解与液液萃取模块的布局，及未裂解细胞与已裂解细胞的荧光图谱。（d）用于隐球菌快速电穿孔裂解与检测的芯片。

图5. 基于微芯片的高通量双水相萃取（ATPS）系统。（a）可筛选8种不同双水相体系的微器件示意图。（b）用于漆酶连续自主流分离的3D打印3D挡板微混合器与分相器。（c）连续生物工艺集成芯片：绿色荧光蛋白（GFP）生产模块、裂解模块及双水相萃取（ATPS）模块的工作示意图。

图6. 微器件内的色谱技术。（a）带有固定多模式微珠的微流控通道，用于优化人源抗体的洗脱条件。（b）微流控器件示意图，该器件包含三个串联的腔室，分别填充色谱微珠（I：MabSelect SuRe、II：Capto MMC、III：MEP HyperCel），此结构可实现IgG-BODIPY与BSA-BODIPY TMR的纯化。（c）用于测定溶菌酶和单克隆抗体（mAb）吸附等温线的微色谱装置。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2025.108715

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