基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征

单细胞水平的生物物理特性表征,可有效阐明细胞的功能和状态,揭示细胞的单体差异性,对于细胞的分化和病理研究,以及疾病的早期临床诊断和治疗具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道,微流控芯片比传统生化方法更适合单细胞样本的微环境精确控制、高通量定向操纵及多参数非特异性检测,已成为单细胞表征与分析的一项重要技术平台。本文总结了基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征方法及其应用的最新进展,着重分析微流控芯片在常规方法难以达成的单细胞和高通量研究中的独特优势,最后探讨了微流控单细胞生物物理特性检测芯片在临床应用中面临的挑战和未来的发展动向,并提出一种新型的单细胞多参数同时表征的微流控分析器件。     

微流控芯片测定单细胞内化学组分的进展

细胞是生命的基本单元。由于细胞的个体差异,传统分析群体细胞的方法难以得到单细胞的重要信息。准确可靠地测定单细胞内化学组分的含量能大大提高从正常细胞中辨别不正常细胞的能力,为进一步研究和发展生物化学、医学和临床检验等领域奠定基础。近年来,用微流控芯片进行单细胞分析已引起广泛的兴趣。微流控芯片可以集成单细胞进样、溶膜、电泳分离胞内化学组分和高灵敏度测定等一系列操作步骤,为分析单细胞内的化学组分提供了新的技术平台。本文主要综述了近年来微流控芯片测定单细胞内化学组分的进展。重点在于利用电渗流、压力结合电渗流和激光镊子等技术操控单细胞在微流控芯片上完成单细胞进样、溶膜、细胞内化学组分的电泳分离和高灵敏度测定等一系列操作步骤。对在微流控芯片上的衍生技术也做了较为详细的阐述。     

微流控芯片操纵传输及实时监测单细胞量子释放

微流控芯片技术用于细胞生化分析已引起了广泛关注.Harrison等首次在微流控芯片上对细胞群体进行操纵、传输及反应.yang等在微流控芯片上操纵细胞群体的排列,并用荧光检测细胞群体摄取钙的反应.至今还未见到微流控芯片对单个细胞进行操纵传输、定位及实时监测的报道.单细胞受激释放的监测对探索生物体神经传导具有重要意义.     

外加场分离技术与微流控技术联用在微纳尺度物质分离中的研究进展

微纳尺度物质的分离和分选在精准医学、材料科学和单细胞分析等研究中至关重要。精准、高效和快速的分离微纳尺度物质能够为癌症的早期诊断、生物样品检测和细胞筛选提供重要帮助,其中基于外加场分离技术的分离微纳尺度物质因可以对微纳尺度物质高效在线分离和分选,被广泛应用于微纳米颗粒、外泌体以及生物细胞的分离工作中,而目前多数外加场分离技术存在装备繁琐和样品消耗大等问题。微流控技术是一种通过制作微通道和微流控芯片操纵微小流体对微纳尺度样品组分进行分离的技术,因具有快速检测、高通量、在线分离、集成性高、成本低等优势现被应用于微纳尺度物质分离分析中,是一种微纳尺度物质分离的有效方法,通过在微流控芯片上设计不同的通道及外部配件提高主动场对微纳尺度物质分离效率。外加场分离技术与微流控技术联用可以实现微纳尺度物质的无损、高效、在线分离。该综述主要概述了近年来在微流控芯片上依托流动场、电场、磁场及声场等外加场分离技术来提高对微纳尺度物质分离效率的研究现状,并将各个外力场对单细胞、微颗粒等微纳尺度物质的分离进行分类介绍,总结各自的优缺点及发展应用,最后展望了外加场分离技术与微流控技术联用在应用于癌细胞的早期筛查、精确分离微尺度物质领域的未来发展前景,并提出联用技术的优势和未来应用等。     

单细胞分析的研究

单细胞分析是分析化学、生物学和医学之间渗透发展形成的跨学科前沿领域。近年来,毛细管电泳及微流控芯片用于单细胞分析已取得显著进展,特别表现在微流控芯片用于细胞的培养、分选、操纵、定位、分离及检测细胞的组分,实时监测细胞释放,及高通量阵列检测等方面。芯片的单元操作可根据需要灵活组合,显示出其独特的优点。本文重点介绍作者研究组的工作,并对近三年来国内外在毛细管电泳及芯片毛细管电泳用于单细胞分析的新进展进行评论。最后从毛细管电泳与微流控芯片、微流控芯片与细胞界面以及量子点用于探测活细胞等方面,展望了单细胞分析的发展前景。     

微流控芯片系统在单细胞研究中的应用

微流控芯片具有网络式通道结构,扩展了在细胞和亚细胞水平进行生命科学研究的能力,为单细胞研究提供了一个新的平台.在微流控芯片通道中,人们利用气压、液压和电压,或利用介电电泳、光学陷阱、行波介电电泳以及磁场等技术,可以操纵细胞通过或驻留在通道内的任意位置,从而使单细胞计数、筛选以及胞内组分分析等操作大大简化.本文对微流控芯片系统在血液流变学、单细胞操纵与计数以及单细胞胞内组分分析中的应用进行了综述,介绍了用于单细胞研究的多种微芯片系统,讨论了芯片上进行单细胞操纵的各种方法     

微流控阵列芯片上植物单细胞内3′核酸外切酶的荧光成像检测

制备了高活性的拟南芥原生质体。通过在微流控芯片上设计适合原生质体尺寸的微孔阵列和微通道流路,实现了拟南芥原生质体的在线纯化和单细胞阵列捕获,其捕获效率达到40%。利用电穿孔技术将能特异性检测3′核酸外切酶的核酸探针导入原生质体,实现了单个原生质体内3′核酸外切酶的成像。该研究为开展单细胞内多种核酸酶的高通量原位检测,以及相关调控过程的研究提供了重要的方法学手段。     

基于微流控芯片电泳的生物分子间相互作用研究*

用合适的手段表征生物分子的相互作用对于深刻理解生命过程的本质以及进行医药开发都具有重要意义。将微流控芯片和毛细管电泳相结合的微流控芯片电泳技术具有快速、高效、高通量、样品用量少和易于整合等诸多优势。本文对近年来进行生物分子间相互作用结合常数测定以及结合动力学研究的微流控芯片电泳分离模式、分析方法和芯片检测方法分别做了介绍;简单对比了微流控芯片技术和微阵列生物芯片生物分子间相互作用研究技术;最后分析了微流控芯片技术目前的不足,并对其未来的发展进行了展望。     

基于微流控芯片的肿瘤细胞体外药敏试验研究进展

在抗癌药物研发及疾病治疗过程中,药物溶液实现梯度浓度及混合配置,对确定最佳浓度和联合治疗方案至关重要。微流控技术通过设定微通道网络实现复杂的溶液处理,可进行药理学分析。微流控技术是构建体外微环境、开展细胞培养和药敏研究的重要手段。本文针对肿瘤细胞体外药敏试验研究,在微流控技术原理、制造材料、结构设计和制造特点等方面,对近10年来微流控芯片功能结构、在细胞体外培养和药物筛选应用中的研究进展做了概括和综述,对未来用于癌症个性化治疗的微流控芯片结构和功能进行了展望。     

惯性效应在微流控芯片中的应用

作为一种操控粒子或流体的新技术,基于流体惯性的操控技术已被应用于微流控芯片中粒子的输运、分选、聚焦及试样的混合和反应等操作,而在微尺度惯性效应基础上的惯性微流控芯片由于具有高通量、无需外场介入、低成本、易集成及微型化等众多优点,可用于解决医疗诊断、生化分析、合成化学及环境监测等领域的检测分析和微量操控问题,因此对该技术的机理及应用研究已成为目前微流控技术领域一个重要的研究热点。本文在介绍惯性微流控芯片机理及其研究进展的同时,从惯性聚焦、惯性分选及基于Dean流的微混合器和微流控光学器件等几个方面对惯性微流控芯片的最新应用研究进展进行了较为详细的介绍和分析比较。在此基础上,分析了惯性微流控芯片的局限和未来需要解决的问题。     

微流控芯片电化学检测单细胞分析

微流控芯片已被用于进行各种细胞分析的研究.最近,方肇伦等^[1]用十字型微流控芯片压力进样,激光诱导荧光检测进行了人单个血红细胞内谷胱甘肽的测定.用双T型微流控芯片电化学检测方法对小麦愈伤组织中抗坏血酸(AA)的单细胞分析进行了研究.     

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.     

碳纳米管/纳米普鲁士蓝修饰电极-微流控芯片安培检测单个大鼠腹腔肥大细胞中的抗坏血酸

单细胞分析有利于获得反映细胞生理状态和过程的更准确、更全面的信息,对研究细胞内信号传递和重大疾病的早期诊断等有重要意义.微流控芯片以其微通道,网络式结构,分析速度快等特点在细胞研究方面具有独特的优越性.     

微流控芯片单细胞进样和溶膜

单细胞分析对重大疾病的早期诊断、治疗和药物筛选以及细胞生理、病理过程的研究有重要意义.将毛细管电泳用于单细胞多组分的测定已取得一些成果,但受毛细管的一维结构限制,单细胞进样和溶膜操作较复杂.微流控分析芯片的网络结构和微米级的通道尺寸使简化单细胞分析成为可能.     

微流控芯片上的免疫分析

近20年来,随着微流控芯片加工技术的不断发展,微流控分析已从一个概念发展为当前世界上最前沿的科技领域之一,微流控芯片上免疫分析的方法研究也取得重要进展。这些芯片包含传输流体的微通道和免疫分析程序中部分或全部的必要组件。微流控技术用于免疫分析在减少试剂用量、缩短分析时间、自动化等方面提高了分析性能。本文综述了微流控芯片上免疫分析的发展、分类,并评述了各类微流控免疫分析芯片的性能及优缺点。     

微流控芯片中颗粒/细胞磁操控的研究进展

微流控芯片中颗粒/细胞的磁操控是当前的热点研究领域.本文详细介绍了微流控芯片中颗粒/细胞磁操控原理及几种主要操控方式,包括分离、集中、捕获与排列组装.其中,基于颗粒/细胞大小、形状以及有无磁性对分离方法展开详述.此外,本文还比较了通道几何结构、磁场强度及分布、磁性液体种类(顺磁盐溶液和磁流体)对操控性能的影响.最后,针对微流控芯片中颗粒/细胞磁操控的前景进行了展望.     

微流控芯片单细胞进样,溶膜及分离检测胞内谷胱甘肽

单细胞分析对重大疾病的早期诊断等方面有重要意义[1].微流控分析芯片的网络结构和微米级的通道尺寸适合于单细胞进样、溶膜和分离分析.但目前的报道主要集中在细胞培养、计数和筛选[2].我们在十字通道微流控芯片上,通过调节储液池的液面高度和细胞悬液密度,使单细胞逐个通过芯片进样通道和分离通道之间的区域,再结合控制电渗流方向,使单细胞固定在分离通指定位置,然后用电泳缓冲液结合高电场实现细胞快速溶膜,接着进行电泳分离和LIF检测.实现了单个血红细胞内谷胱甘肽(GSH)的高效分离及定量分析.     

微流控芯片电泳的研究进展

该文综述了微流控芯片电泳的制备、结构和应用,比较了不同材料微流控芯片电泳的制备机理、表面改性和性能特点,归纳和总结了不同结构微流控芯片电泳的进样、分离和检测系统以及不同类型微流控芯片电泳在荧光物质、金属离子、糖、药物、核酸、DNA、氨基酸、多肽和蛋白质分析中的应用,并对微流控芯片电泳的未来发展方向做了展望.     

微流控芯片的研究及产业化

以大连研究团队的近期工作为基础,结合2015年末召开的“深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会”内容,扼要阐述作者对近期微流控芯片的研究及产业化的基本看法.鉴于微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,本文重点介绍了微流控芯片在现代生物化学分析、即时诊断、材料筛选-材料合成以及组织-器官仿生等4个应用领域的研究趋势,讨论了3D打印技术的崛起对微流控芯片的影响和挑战,阐述了微流控芯片作为当代极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域,在全球范围内产业化的发展势头.全文引用文献69篇.     

集成微流控芯片在单细胞测序样品制备中的应用

近年来,单细胞测序技术的飞速发展,从更精细的水平上揭示了细胞在遗传物质上的异质性.微流控技术作为操纵微量液体的新兴技术,尤其适合单细胞这样的微观物体操纵.本文着重介绍了集成微流控芯片在单细胞测序样品制备领域中的应用,包括单细胞全基因组测序样品制备、单细胞转录组测序样品制备和少量细胞的表观遗传组测序样品制备.相比传统方法,集成微流控芯片不仅在单细胞的操纵和俘获上有着独特的优势,也更容易进行高通量的并行实验,结果也显示了高度的平行性和重复性.集成化微流芯片在单细胞测序样品制备领域显示出了巨大的应用前景.