微流控芯片细胞实验室

以作者所在课题组近年开展的研究工作为基础,阐述了微流控芯片细胞实验室的平台特征,并从细胞个体、群体和多细胞生命体研究等三个方面概述微流控芯片细胞实验室的应用对象特征,显示其在生物医学领域的应用前景。     

微流控芯片药物诱导细胞凋亡

发展了一种以微流控芯片为平台的药物诱导细胞凋亡的新方法.选择HeLa细胞为对象,通过浓度梯度芯片形成稳定的药物浓度梯度,诱导HeLa细胞凋亡,利用荧光能量共振转移（fluorescence resonance energy transfer,FRET）成像系统进行实时监测,分析细胞对不同浓度化合物的毒性反应.结果表明,细胞在顺铂诱导下发生明显的起泡和皱缩,FRET比率值逐渐降低,在药物浓度梯度作用下,芯片每个通道内细胞呈现不同程度的凋亡.该方法实现了药物浓度梯度诱导细胞凋亡的实时监测和定量分析,为抗肿瘤药物评价和高通量药物筛选提供了新的手段.     

微流控芯片上的细胞分析研究进展

近年来,微流控分析系统(μTAS)在生物细胞分离领域的发展引起了广泛的关注。微流控芯片的微米级尺寸的通道适合于单细胞样品的引入、操控、反应、分离和检测,已经在微芯片上实现了上述功能,并将这些功能集成在具备毛细管电泳分离功能的微芯片上。     

微流控细胞芯片生命分析应用多元化

微流控芯片是现代生命科学研究领域的重要分析工具.结合研究者近年来开展的研究工作和取得的相关进展,本文主要介绍了微流控细胞芯片的功能特征,同时从动物细胞、植物细胞以及微生物细胞三方面系统阐述了微流控芯片生命分析多元化的发展现状,并对其应用前景进行了展望.     

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。     

微流控芯片上同工酶的孵育及活性检测

建立了一种在微流控芯片上进行同工酶孵育及活性检测的方法. 该方法在集成温控装置的微流控芯片上实现对同工酶与辅酶反应进程的控制, 完成同工酶的进样、孵育反应、电泳分离和活性检测的实验步骤. 建立了基于微流控芯片的同工酶荧光检测系统, 使用360 nm光源激发辅酶产生荧光, 在460 nm处选择性采集荧光信号. 在微流控芯片上实现了同工酶样品的快速活性检测, 酶活性检测限达到0.5 U/L.     

微流控技术应用于蛋白质结晶的研究

随着微电子微机械等技术的不断进步,微流控(microfluidics)技术成为目前迅速发展的前沿领域之一,是化学科学和生命科学分析研究的重要技术平台。微流控技术高通量、低消耗和低成本的特点使其在蛋白质结晶条件筛选和优化方面展示了良好的应用前景。本文对应用于蛋白质结晶的各种微流控芯片技术的原理和方法进行了综述,并对目前几种商业化和文献报道的典型蛋白质结晶微流控系统进行了介绍和比较。     

基于微流控芯片的微阵列分析

微阵列芯片具有高通量、微量化和自动化等特点,已经在很多领域得到广泛应用。但是微阵列芯片仍然具有不足之处,如所需设备昂贵、分析时间较长、灵敏度不高、多样品平行分析能力不足等。微流控芯片微米级的通道具有相对较大的比表面积和较短的扩散距离,能够显著加快分析速度、提高检测效率、增强分析性能,并且能够加工大量的平行通道用于多样品分析。目前已经有大量文献报道将微流控芯片和微阵列芯片相结合,发展了独特的杂交方式并在实验和理论上分别证明了两者相结合的优势,本文综述了将微流控芯片技术应用于微阵列分析的研究进展,着重介绍了在微流控芯片上进行微阵列分析时的杂交方式、促进杂交的措施以及杂交过程的数学建模,同时也介绍了其他分析步骤方面的进展。最后分析了目前微流控芯片技术在进行微阵列杂交应用方面的不足及其原因,并指出这两项技术相结合的优势和未来。     

微流控芯片用于单细胞分析

微流控芯片通道内径一般约10~50 μm.典型哺乳类动物细胞直径一般为8~30 μm,体积为87 fL~4 pL.     

微流控技术与芯片实验室

作为芯片实验室的典型代表性技术,微流控技术发展迅速,目前已经成为一门涵盖了从分离分析、分子生物学研究到生物医学诊断的交叉学科。本文主要归纳了微流控芯片技术的基本概念、发展概况、构建方法,以及在生物学应用领域的最新研究进展,特别介绍了在单细胞研究领域以及面向最终应用的生物医学诊断方面的典型技术。     

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.     

基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究进展

细胞分离技术是细胞分选和细胞种群纯化的重要手段,在生物、医学、农业、环境等许多领域都有重要的应用,是当前生化分析领域的国际研究热点。本文介绍了基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究现状,阐述了介电电泳的工作原理,并依据细胞尺寸、电极形状、外加信号方式等影响细胞介电电泳的关键因素对不同类型的微流控细胞分离芯片进行了详细介绍,并对该技术的未来发展趋势做了展望。     

微流控细胞芯片LED诱导荧光检测微系统

基于微流控细胞芯片分析技术和微机电系统(MEMS)加工技术, 设计制作了阵列式微流控细胞检测芯片, 采用自组装的顶窗型光电倍增管(PMT)和信号采集电路采集芯片微管道内流动细胞的荧光信号, 构建了一种针对低浓度细胞悬浮液的微流控细胞芯片发光二极管(LED)诱导荧光的快速检测微系统, 实现了对低浓度(≤40 Cell/mL)荧光标记的HepG2肝癌细胞悬浮液样本的定量计数和测试, 而且在血液细胞共存的条件下, 仍可以有效地对血液中少量HepG2肝癌细胞进行荧光计数和测试. 整个系统结构简单, 操作方便且检测灵敏度较高.     

微流控芯片NDA在线衍生测定单细胞中谷胱甘肽

单细胞分析对研究细胞内信号传递和重大疾病的早期诊断等具有重要意义,荧光标记是检测细胞内物质的常用技术,为防止衍生时的过度稀释,大多采用柱前细胞内衍生法,衍生后再用微流控芯片分析,此法操作复杂,需多次离心分离,且能透过细胞膜标记胞内组分的荧光试剂较少。     

微流控芯片-拉曼光镊的红细胞光谱检测技术

将微流控芯片与带有光镊子的激光拉曼光谱系统结合起来用以检测人红细胞的拉曼光谱。根据实验效果,选用的芯片采用石英毛细管(内径70μm)与玻璃板耦合的方式制作而成,采用微流控技术使细胞依次通过光镊所在的区域,利用光镊将细胞囚禁,然后获取单个细胞的拉曼光谱,共测得正常人红细胞的12个拉曼光谱。将实验结果与使用常规方式检测得到的红细胞光谱进行比对分析,发现这一技术显著加快了细胞的拉曼光谱检测进程,并能增强数据的可靠性。     

阵列式对电极介电电泳芯片及其用于细胞分离富集研究

基于介电电泳原理, 设计并制作了一种新型的能够用于细胞分离和富集的微流控介电电泳芯片. 该芯片由沉积有金电极的石英基片和带有微管道的聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片组成. 通过在管道底部布置间距不同的对电极阵列, 增大了正介电电泳力在管道中的有效作用范围, 能够在降低施加电压的同时, 实现对流动体系中细胞样品的捕获. 在3 V和3 MHz条件下, 该DEP芯片对人血红细胞的捕获效率达到83%; 进一步通过将肝癌细胞捕获在芯片电极上可实现对红细胞和肝癌细胞混合样品的分离, 在5 V和400 kHz条件下对肝癌细胞的捕获效率达到86%.     

基于分子印迹识别的化学发光微流控传感器芯片测定双嘧达莫

试验中,以双嘧达莫为模板分子,α-甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,氯仿为溶剂,合成了双嘧达莫分子印迹聚合物。将此聚合物填充在长8 mm,宽1 mm,深0.5 mm的微流控芯片检测池中作为分子识别物质,设计了一种新型的化学发光微流控传感器芯片测定双嘧达莫。双嘧达莫被此聚合物在线吸附并识别,被吸附的双嘧达莫与鲁米诺和铁氰化钾混合溶液反应并导致其化学发光强度增大。该传感器对双嘧达莫响应范围为1.0～20μg·L~(-1),检出限(3σ)为0.5μg·L~(-1),对10μg·L~(-1)双嘧达莫连续平行测定7次,其相对标准偏差为4.6%。     

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.     

基于液芯波导原理的微流控芯片长光程光度检测系统

提出了一种基于液芯波导(Liquidcorewaveguide,LCW)原理的微流控芯片吸收光度检测系统.通过芯片与外界接口技术实现液芯波导管与芯片的耦合,建立了芯片上长光程(毫米至厘米级)吸收光度检测池.采用邻菲啉-铁(Ⅱ)显色体系验证系统分析性能,以5.5cm外覆TeflonAF液芯波导管作为检测池(检测池体积240nL)时,芯片系统的检测线性范围为0.03～50μmol/L,对邻菲啉-铁(Ⅱ)配合物的检出限为8nmol/L,检测池有效光程达1.7cm,分析精度RSD(n=5)为0.8%.     

激光诱导荧光检测微流控芯片毛细管电泳分离多肽的研究

微流控芯片分析系统是当前分析科学及分析仪器重要的发展前沿,是20世纪90年代初发展起来的微分析系统的主要组成部分.将微流控分析系统应用于电泳分离,与传统的电泳分离手段相比较,具有微型化、集成化、速度快等特点.