基于微流控芯片的乳腺癌细胞微环境酸化检测

建立了基于微流控芯片的乳腺癌微环境酸化模型和动态检测微环境酸化情况的分析方法。设计了一种多层复合式微流控芯片,将乳腺癌细胞悬液引入含有水凝胶前体的芯片培养室后,在硝酸纤维素薄膜上固化形成3D培养支架。芯片通道连续灌流模拟血流供应,并将非电化学的pH检测器引入芯片,通过图像分析得到实时的pH变化。通过观察癌细胞的存活率、增殖率、乳酸水平及pH值,分析微环境的酸化情况,同时与正常细胞进行比较。结果表明,连续灌流培养7 d,乳腺癌细胞的存活率保持在90%以上;随着培养天数的增加,芯片上癌细胞微环境的pH值逐渐降低,且灌流速度越低,pH值下降越明显,而正常细胞微环境的pH值无明显变化。基于微流控芯片的微环境酸化检测平台可实时动态检测微环境的pH值,有望成为相关肿瘤研究的有力工具。     

多层纸芯片乳腺癌组织微阵列用于抗肿瘤药物测试

开发了一种多层纸芯片细胞培养平台,将乳腺癌细胞分别接种于多层的图形化纸芯片的亲水区,折叠后构建了仿真实体肿瘤.多层纸芯片覆以微孔薄膜,用以仿真血管内皮层.培养不同时间后,拆解多层纸芯片检测乳腺癌组织内各层面的细胞形态、存活率、细胞周期分布以及细胞内乳酸含量.实验结果显示,各层纸芯片培养的乳腺癌细胞存活率均高于80％,并形成了类组织结构.芯片乳腺癌组织内部呈酸化倾向,且酸化程度随着培养时间的延长而升高.与二维(2D)培养细胞相比较,纸芯片乳腺癌组织内细胞增殖比例显著降低(15％ vs 60％).多层纸芯片乳腺癌组织显示了更接近体内情况的药物反应机制,细胞存活率随阿霉素浓度升高呈现缓慢下降趋势,IC50值显著高于2D培养细胞组(5.0 μmol/L vsl.144 μmol/L).这种多层纸芯片乳腺癌组织微阵列构建简便、仿真度高,有望成为抗肿瘤药物反应测试的有力工具.     

微流控芯片上的肿瘤组织微阵列构建

研发了一种多层复合微流控芯片,包含64细胞培养微孔阵列,该微阵列集成了细胞进样、水凝胶三维支架形成和持续灌流培养的过程.以MCF-7乳腺癌细胞为模型,连续培养中监测细胞存活率、细胞密度、增殖率和细胞内pH值,并同时进行冰冻切片后免疫组化染色.实验结果显示,乳腺癌细胞在水凝胶微球中增殖形成了类组织结构.E-cadherin及Vinculin在细胞内、细胞间隙均出现较强表达,提示水凝胶微球中细胞建立了细胞-细胞、细胞-间质连接.芯片上连续培养15天内细胞存活率保持在85％以上,细胞增殖率随时间延长而递减.细胞内pH值检测显示芯片3D培养细胞内部呈现明显的酸化,其程度随着细胞密度增大而增加.这种芯片肿瘤组织微阵列构建方法简单高效,有望发展成为肿瘤研究的有力工具.     

聚二甲基硅氧烷-纸复合微流控芯片上的肝癌细胞三维培养

研发了一种聚二甲基硅氧烷-纸复合型微流控芯片用于肝癌细胞三维培养.芯片使用明胶处理硝酸纤维素薄膜作为细胞培养基底,以水凝胶网格作为三维培养支撑.结合微通道主动灌流与水凝胶中的被动扩散,模拟体内的流体运输形式实现细胞与外界物质交换.实验结果显示,芯片上的液滴生成以及细胞定位种植简便可靠.连续监测显示肝癌HcpG2细胞在水凝胶微球中增殖形成类似组织的三维结构.细胞增殖动力学分析以及生化检测结果显示了芯片三维培养与二维培养的差别.这种芯片三维细胞培养方法操作简便可靠,仿真度高,适合于肿瘤细胞研究.     

阵列微流控浓度梯度网络用于细胞-化学刺激反应研究

设计和制作了具有5组平行浓度梯度形成网络和30个细胞培养池的微流控芯片,该芯片集成了细胞接种、培养、梯度浓度化学刺激、标记和检测等功能单元。芯片为玻璃-PDMS杂合结构,微流控通道刻蚀于玻璃层。芯片细胞培养池设计了系列围堰结构以利于细胞贴壁。细胞接种、灌流培养和试剂引入通过外接微量注射泵控制完成。该芯片可以生成连续、稳定的平行浓度梯度。观察发现,围堰结构有利于细胞接种和生长,乳腺癌MCF-7细胞在芯片灌流培养条件下生长良好。利用该芯片检测了在接受As2O3和乙酰丝氨酸(NAC)梯度浓度刺激后乳腺癌MCF-7细胞内谷胱甘肽(GSH)水平以及细胞阿霉素敏感性的变化,分析乳腺癌细胞阿霉素敏感性与细胞内GSH水平的关系。MCF-7细胞内GSH水平的变化与刺激药物浓度呈剂量-效应依赖关系,在接受As2O3刺激后GSH水平有所下降;而在接受NAC刺激后GSH水平有所升高。MCF-7细胞阿霉素敏感性与GSH水平相关。在降低GSH水平后药物敏感性升高;而升高细胞内GSH水平后敏感性降低。这种阵列微流控浓度梯度网络可以用于高通量细胞-化学刺激反应研究,有潜力成为细胞水平大规模药物筛选的技术平台。     

微流控芯片上细胞培养与分析方法研究进展

微流控芯片以其强大的微流体和微小物质控制能力成为研究单细胞、细胞群落乃至生物组织的重要手段。在本篇综述中,我们将以微流控芯片上细胞体外培养模型的建立为主,对近几年来重要的研究工作加以评述,全面地介绍微流控技术在细胞生命科学研究中应用的优势和未来发展方向,具体包括微流控芯片的细胞操控能力、细胞培养微环境的构建以及芯片联用检测手段,希望为从事这一领域研究工作的读者提供一些新的思路。     

微流控技术应用于细胞分析的研究进展

微流控技术由于其固有的优势已发展成为细胞分析中一个强有力的工具.本文从微流控芯片上的细胞培养、细胞微环境的模拟和控制、单细胞分析、芯片器官以及微流控芯片与质谱联用技术等方面对微流控技术在细胞分析研究中的应用进展进行了介绍,并对这一技术的发展前景进行了总结和展望,希望能为相关研究的开展提供启发.     

开放式微流控芯片上的肿瘤组织微阵列构建

构建了一种具有自动形成细胞培养阵列和多步骤灵活操作特点的开放式微流控芯片。此芯片具有3层复合式结构:底层为微通道贯穿的细胞培养池阵列,顶层是开放式培养池,二者之间为一层纳米孔薄膜。纳米孔薄膜具有"透气阻水"的特性,既起到止流阀作用实现液体自动分配,又允许跨膜扩散,模拟血管内皮层扩散屏障结构。结合移液工作站,开放式微流控芯片可以完成细胞换液、药物处理和细胞活力测试等一系列分析步骤。本研究以乳腺癌细胞为模型,在芯片上90 s内可构建包含三维细胞培养和仿真血管内皮的10×10肿瘤组织微阵列。形态学和免疫组织化学检测证实了芯片肿瘤组织的仿真效果。抗肿瘤药物测试结果表明,这种开放式微流控组织阵列芯片允许在仿真条件下进行包含复杂操作步骤的细胞实验,是细胞研究的有利工具。     

浓度梯度微流控芯片在药物筛选中的应用

微流控芯片技术作为21世纪极具代表性的微型分析平台技术之一,以其试剂消耗低、分析微型化、可集成化、易于控制、自动化和良好的生物相容性等优点而成为研究热点,在生物、医学、食品和环境等多个领域都有杰出表现,尤其是药物筛选领域。其中备受关注的浓度梯度微流控芯片更是取得了显著成果。本文综述了近年来用于药物筛选的浓度梯度纸基芯片、浓度梯度水凝胶芯片、浓度梯度液滴芯片、浓度梯度聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的研究进展;同时对浓度梯度微流控芯片在单细胞分析、组合药物筛选、三维(3D)细胞培养和细胞微环境模拟等方面的应用及优缺点进行了阐述,并在此基础上对其发展前景进行了展望。     

微流控芯片技术在精细胞研究中的应用

具有多维网络微通道结构的微流控芯片可在微纳尺度上集成细胞进样、培养、分选、裂解和分离检测等多种功能单元,不仅在尺寸上与精细胞匹配,还可为精细胞提供相对封闭的接近生理状态的生长微环境。研究者已利用此系统的层流、微通道特殊几何结构等特点对精子进行了多方面研究。该文对微流控芯片技术在精细胞的培养、分选、胞内成分分析和人工授精中的应用进行了综述,介绍了用于精细胞研究的多种微流控芯片系统,并讨论了精细胞分选的各种方法。     

基于薄膜电极的细胞电融合芯片

构建了一种薄膜电极阵列结构的细胞电融合芯片, 通过多聚物微通道底/顶层凸齿状的微电极, 以及多聚物微通道侧壁上溅射形成的一层离散式金属薄膜电极, 共同形成离散式"三明治"微电极结构. 该微电极结构可在微通道内部形成与传统凸齿状电极相似的非均匀分布的梯度电场, 通过介电电泳效应进行细胞控制及排队. 利用多聚物在芯片上填充了传统凸齿状电极的凹陷区, 克服了细胞在凹陷区无法有效排队与融合的缺点. 在芯片上利用K562细胞开展了基于介电电泳效应的细胞排队实验及基于可逆性电穿孔效应的电融合实验, 结果表明该芯片能够较好地实现细胞排队及融合, 融合所需控制电压低至10 V左右. 细胞排队率达99%以上, 几乎无细胞在绝缘物填充区(传统凸齿电极芯片的凹陷区)滞留, 细胞两两排队高于60%, 细胞融合效率约为40%, 比传统的细胞电融合方法和凸齿电极芯片有较大提高.     

微流控纸芯片在环境分析检测中的应用

近年来,微流控纸芯片由于低成本、便携化、检测快等优点,在需要快速检测的环境分析领域中展现出了巨大的应用前景。该综述从微流控纸芯片在环境分析中的应用角度,总结归纳了微流控纸芯片在环境分析中的最新研究进展,并展望了其在未来的发展趋势与挑战。论文内容引用150余篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊中的相关论文。该综述包括微流控纸芯片在环境检测中的优势与制造方法介绍;电化学法、荧光法、比色法、表面增强拉曼法、集成传感法等基于纸芯片的先进分析方法介绍;根据环境分析目标物种类,如重金属离子、营养盐、农药、微生物、抗生素以及其他污染物等,对纸芯片的最新应用现状进行了举例评述;基于微流控纸芯片的环境分析研究的未来发展趋势和前景展望。通过综述近期相关研究,表明微流控纸芯片从提出至今虽然只有十几年的发展历程,但其在环境分析研究中的发展却十分迅速。微流控纸芯片可以根据不同的环境条件和检测要求灵活选择制作与分析方法,实现最佳的检测效果。但是微流控纸芯片也面临一些挑战,如纸张机械强度不足、流体控制程度不佳等问题。这些问题指出了微流控纸芯片在环境检测领域的发展趋势,相信随着不断深入的研究,纸芯片将会在未来的环境分析中发挥更大作用。     

用于细胞三维培养的集成微柱阵列的微流控芯片设计与验证

设计并验证了一种用于细胞三维培养的集成微柱阵列的微流控芯片.芯片由一片聚二甲基硅氧烷(PDMS)沟道片和一片玻璃盖片组成, 在PDMS沟道片上集成了一个由两排微柱阵列围成的细胞培养室和两条用于输送培养基的侧沟道.微柱间距直接影响了芯片的使用性能, 是整个芯片设计的关键.基于数值模拟和实验验证, 本研究对微柱间距进行了优化设计.优化后的微流控芯片可以很好地实现细胞与细胞外基质模拟材料混合液的稳定注入、培养基中营养物质向培养室内的快速扩散和细胞代谢物的及时排出.在芯片上进行了神经干细胞的三维培养, 证明了芯片上构建的细胞体外微环境的稳定性.     

基于上转换能量共振转移的纸芯片检测三磷酸腺苷北大核心CSCD

三磷酸腺苷(ATP)是活体组织中的一种重要基质,是细胞内能量的“分子货币”,也被看作细胞生存和细胞损伤的标示物,因此,ATP的检测具有深远的生物研究和临床诊断意义。本研究以上转换荧光纳米颗粒(UCPs)为能量供体,氧化碳球(OCNPs)为能量受体,构建了一种基于上转换荧光能量共振转移的纸芯片,实现了对ATP的高灵敏、高选择性检测。该纸芯片检测ATP的线性范围为0.5~200 nmol/L,线性相关系数为0.9985,检出限为0.36 nmol/L。     

纸芯片上转换荧光法检测凝血酶北大核心CSCD

纸芯片因其制作简单、成本低廉、生物兼容性好、检测背景低等众多优点,被越来越多的学者所重视,目前,纸芯片上的检测对象大多为葡萄糖、尿酸、乳酸等小分子~[1]。因此,将纸芯片应用于生物大分子检测将拓宽其应用范围,特别是对疾病相关分子的检测,将使其更好地应用于个人诊断（POC）。目前,纸芯片的检测方法中,显色法灵敏度不高、荧光法有很强的背景干扰。上转换荧光法本质上是一种反斯托克斯发光,在近红外光的激发下.     

微流控芯片－质谱联用技术在细胞代谢与药物代谢中的研究进展

细胞代谢与药物代谢是新药筛选和研发的关键环节,在推动人类大健康发展进程中具有重要意义。通常情况下,细胞代谢和药物筛选以传统细胞培养测定研究为主,多为静态培养条件,无法很好地模拟体内细胞动态微环境。微流控芯片－质谱联用是近年发展起来的一种新型高通量分析技术。微流控芯片模块可高度模拟细胞体内动态微环境,与质谱联用可实时在线检测样品物质,具有高效、快速、简便、样品和试剂消耗低等特点,广泛应用于细胞代谢和药物代谢分析,有利于加速药物筛选研发进程。该文重点综述了微流控芯片－质谱联用技术及其在细胞代谢和药物代谢方面的应用概况,并对目前存在的局限性进行了讨论和展望,以期为微流控芯片－质谱联用技术在新药研发与细胞分析领域的发展提供参考。     

基于智能手机的纸微流控电化学农药检测芯片的研究

纸质微流控装置的出现为低成本化学分析提供了一种简单而实用的平台.本研究开发了一种基于浓差电池原理的新型电化学检测纸质芯片,通过智能手机的辅助实现了农药的检测.检测芯片由色谱纸喷蜡打印制作而成.加入样品与芯片上的预加试剂反应5 min,然后将丝网印刷的电极层置于芯片上,利用模具的重力作用使电极层与纸芯片的两极紧密接触,再通过智能手机的USB读取装置获取芯片的电位,并由电位-农药浓度关系得到检测结果.使用此芯片实现了农药敌百虫(三氯磷酸酯)的快速、简便、可自供电的电化学定量检测,检出限为0.89 μ mol/L.     

水凝胶微流控芯片的快速加工及在细胞培养检测中的应用

采用具有紫外光聚合性能的聚乙二醇(PEG)基水凝胶材料, 通过紫外光聚合作用快速加工双层水凝胶微流控芯片, 并验证了其对肿瘤细胞代谢液进行检测的可行性. 与传统微流控芯片材料相比, 该水凝胶芯片材料具有更好的生物相容性及可操控性, 可直接加工成形, 在生物学领域特别是细胞培养过程控制方面具有良好的应用前景. 实验结果表明, 该水凝胶微流控芯片可在微尺度空间有效模拟细胞生长环境, 并实现对细胞连续捕获后的原位培养. 将该芯片与卟啉可视阵列传感器系统结合, 经代谢特征分析可有效区分不同种类肿瘤细胞, 实现芯片细胞培养平台上的细胞代谢指纹快速可视化传感检测.     

写字机器人绘制纸基微流控芯片便携检测Ca2+

纸基微流控芯片是一种纸质基底芯片,具有性能优良、价格低廉的优势,然而其制备技术多依赖专业昂贵的设备,限制了纸基微流控芯片的发展。该文采用成本低廉的家用写字机器人,将具有敏感特性的智能水凝胶绘制在纸质基底材料上,得到具有水凝胶阀门的纸基微流控芯片。以Ca2+为模型靶标,该纸基微流控芯片能实现不同浓度（0.1 ~ 50 mmol/L）Ca2+溶液的裸眼定量检测,并具有很好的易用性和重现性。同时采用ILX506 CCD传感器制作纸基微流控芯片的数字显示设备,以实现芯片测量结果的自动读取功能。该方法能快速便捷、低成本地制备多条纸基微流控芯片,为其普适化制备提供了新的研究思路,在发展中地区具有良好的推广前景。     

基于尼龙微孔薄膜的微流控芯片的制作及对葡萄糖的显色响应

以尼龙微孔薄膜为基质材料, 采用光刻法将正性紫外光刻胶转移到薄膜上形成目标微通道图形, 制作了一种新型薄膜微流控芯片. 对尼龙微孔薄膜芯片的制作工艺进行了优化和改进, 使其制作时间控制在1 h内, 且制作步骤大为简化, 可实现快速、 批量地制作尼龙薄膜芯片. 在该芯片上进一步固定葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶后, 利用二步酶促化学反应开展了葡萄糖的显色响应研究. 结果表明, 所制作的尼龙薄膜芯片对不同浓度的葡萄糖均能产生明显的颜色响应, 具有较宽的浓度响应范围和良好的重复性, 并可用于实际样品中葡萄糖的显色响应研究.