流路構造内に、細胞を流して、細胞の分析、分離、計測を行います。細胞を一列に配列させて、レーザー光を用いて、散乱光や蛍光を測定することで検査を行う装置は、フローサイトメーターと呼ばれ、細胞を扱う機関では広くつかわれています。従来は、石英光学フローセルというバルクの石英に矩形の直線流路が形成されたものが用いられていましたが、マイクロ流路デバイスを使い、ワンチップの流路内部で、細胞の流れを制御して、一列に配列することや、分析、細胞の分離なども行えるようになってきています。

イムノアッセイは、抗体が特定の抗原に特異的に結合する能力を利用した汎用的なバイオマーカーの検出方法です。身近な例としては、イムノクロマト法とよばれるインフルエンザやコロナなどのウイルス抗原の陽性判定や、抗体を持っているかの抗体検査などがあります。

ELISA（Enzyme Linked Immunosorbent Assay）法は、定量性のあるイムノアッセイの評価方法で、溶液内で、標識物質として酵素が結合した抗体を、マイクロウェルなどの底に固相化されたターゲット抗体と結合させて測定をします。マイクロ流路を用いることで、ワンチップでの感度の高い分析が実現されています。

PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）法は、DNAを増幅する手法です。微量なDNAでも増幅が可能で、研究や医療に幅広く使われています。近年ではウイルスのDNAまたはRNAをPCR法により増幅してウイルスを検出することもされています。PCR法は、2本鎖DNAが、水溶液中で高温になると1本鎖DNAに分かれることと、冷却していくと相補的なDNAが互いに結合し再び2本鎖となることを利用しており、これを繰り返すことで増幅されます。サイクル中の反応液の混合、調整、加熱・冷却などの温度管理、繰り返し回数、反応生成物の検査などが必要で、マイクロ流路を使ったワンチッププロセスで簡易化が実現できます。

DNAの二重らせんはアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)の4塩基から構成されますが、この配列を決定することをDNAシーケンスと呼びます。基本的な原理は、まずターゲットのDNAをPCRの原理で増幅させ、様々な長さのDNA断片を作製します。このDNA断片を長さごとに並べかえて末端の塩基についている蛍光色素を検出することで配列を決定します。この手法では一つずつしか解析ができず、時間もかかってしまいますが、次世代型シークエンサーと呼ばれる手法では、マイクロ流路デバイスを利用して同時並行で一気に複数のDNA 配列を決定することができます。

生体模倣チップはOrgan-on-a-chipとも呼ばれています。流路に構造を作り、細胞を吸着させて応答を評価しますが、流路構造で臓器での三次元構造、界面での液の交換などに加えて、引っ張りや押圧などの物理刺激などを模擬することでより、実際の人体に近い環境がチップ上で実現されます。開発されている臓器の種類も増えており、主に創薬分野で、人体実験をしないでも臓器からの応答を予測することで開発スピードの加速や毒性のリスクを減らすことが期待されています。

2本のマイクロ流路から溶液を合流することで、ナノ、マイクロサイズの粒子（ドロプレット）が合成されます。例えば、水と油を合流させた場合に、液滴や油滴が作製されるような原理で、流路を使うことで従来の乳化法などにくらべてサイズが揃ったものができる特徴があります。また、個別のドロプレットの中に、一つの分析対象のRNAやDNAを導入することで、閉じたドロプレットのなかで、解析を行うこともでき、デジタルPCRやシングルセル解析と呼ばれる分野で、近年非常に大きな注目を集めています。

また、マイクロ流路を使うことで、バルクの系では実現のできないような化学反応を起こすことができます。例えば、拡散を非常に早くすることができることや、反応の順番を制御して混合系での合成収率を高くすることができるようにもなります。このような化学反応をメインとしたµTASはマイクロリアクタとも呼ばれています。

マイクロ流路チップ