标签: 微流控技术

微流控技术 是指把化学和生物等领域中涉及的 样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解 等 基本操作单元 集成到 一块几平方厘米甚至更小的 芯片 上 ，由 微通道 形成网络，以 可控流体 贯穿整个系统，用以实现常规 化学、生物、材料、光学 等不同实验室的各种功能的一种技术。在过去的20年里，微流体技术的应用得到大幅增长，从通过 液滴生成技术 在单个液滴中进行数百万次反应 到 利用“器官芯片”进行药物筛选和疾病诊疗 等。 Microfluidic 是 点成Cellix 提供的一套 微流控技术集成系统 。本文将简要介绍该系统的应用原理和领域。 点成Microfludic系统的应用 液滴生成 液滴生成的应用范围广泛，不仅限于 药物发现和诊断 ，还涉及 食品和化妆品生产 等领域和 工业应用 。液滴生成技术有助于 节省成本 ，对于 高通量单细胞分析 等领域具有明显优势。 液滴是如何生成的呢？ 液滴是通过在具备某种 几何形状的微流控芯片 中使用 微流控泵 精确控制 不混溶的液体 （通常是 水基 和 油基 ）来生成的。微流控芯片的几何形状通常包括 交叉流 （cross flow）、 流动聚焦 （flowfocusing）、 同流聚焦 （Co-Flow focusing）等。 如何进行液滴生成实验？ 一般来说，要执行液滴生成实验，您需要：2个用于连续相和分散相的 流量控制的微流体泵 （或1个泵上的2个通道），2个用于 实时反馈 油相和水相流量的 流量传感器 ， 微流控芯片 ， 液滴 ， 表面活性剂 ，将微流控芯片与泵连接的 管道 。 点成Microfluidic利用 压力泵 （上）和 注射泵 （下）在 流动聚焦 装置 中生成 油包水液滴 。 器官芯片 器官芯片是 微流控芯片 中的一种，它能够 培养模拟人体器官一些关键功能的细胞 。相较于传统的2D细胞培养，器官芯片在模拟人体器官 真实生理环境 上具有显著的优势，这对 药物研发 具有重要意义。另外，器官芯片的发展甚至有可能 消除动物实验 。 如何进行器官芯片研究？ 为了进行器官芯片研究，您需要模拟体内生理条件的 器官芯片 ，输送培养基或其他试剂的 微流体泵 ，主动反馈流量控制的 流量传感器 以及用于容纳培养基的 样品存储器 。通过在器官芯片中 培养细胞 ，这些 芯片 通过细胞培养瓶或其他容器 和流量传感器 连接到微流体泵 ，以确保 将培养基和其他试剂精确输送到芯片中的细胞 。 点成Microfluidic利用 压力泵单通道 进行芯片上的细胞培养

一、背景 人体循环系统包含许多不同类型的血管，它们将血细胞、营养物质、氧气、二氧化碳和激素等输送到身体的各个部位。血管也在血栓、炎症、粥样硬化等疾病中起重要作用。随着微流控技术的发展，越来越多的研究者尝试在体外模拟人体血管以进行相关疾病的机制和药物研究。点成VenaFlux平台是Cellix专门针对血管研究提出的一套微流控集成系统，包含Starter、Pro和Elite版本。本文将简要介绍该平台应用于人体血管研究的工作原理及应用领域。 二、点成VenaFlux的工作原理 点成VenaFlux是如何模拟人体血管的呢？ 血液在流动的过程中，血液施加在血管壁的力被称为剪切应力，以力-面积单位（通常为dyne/cm2）表示，不同血管中的剪切应力不同。Vena8 Fluoro+ 和Vena8 Endothelial+ 生物芯片的微通道类似于动脉、静脉和毛细血管，有助于研究者在体外剪切应力下研究血液和凝血因子的作用。 为了模拟体内的生理剪切应力，点成Cellix利用精密的微流体Mirus Evo泵和ExiGo泵以恒定或可变剪切应力将细胞样本或全血输送到Vena8 Fluoro+或Vena8 Endothelial+生物芯片的微通道中。 生物芯片被放置在温度可控的微环境室中以模拟生理条件。这个微环境室位于带有数码相机的倒置显微镜的平台上，显微镜和摄像头进行自动图像/视频采集。 Image Pro Premier是一款细胞分析软件程序，可以分析显微镜和数码相机拍摄的图像。利用这款软件，可以测量出芯片中单个血栓或聚集体的数目、还可以用于分析白细胞滚动速度、粘附与迁移等。以下为部分研究示例： 使用Image Pro Premie分析Vena8 Fluoro+生物芯片的纤维状胶原涂层微管上的血栓形成 使用Image Pro Premier分析THP-1细胞在Vena8 Fluoro+芯片的VCAM涂层微管上的粘附 使用Image Pro Premier分析Vena8 Fluoro+芯片的E-选择素涂层微管上的THP-1细胞滚动速度 三、点成VenaFlux的应用领域 血栓 通常在人体中，当血管受损伤时，为了防止大量出血，血小板和纤维蛋白会形成血凝块。然而有时候即使血管没有受损伤时依然会形成血栓，这引起了研究者对于血栓形成机制及防治的兴趣。血栓的形成是一个多步骤过程：包括血小板粘附、激活和血小板聚集等。要想研究血小板的粘附、聚集和血栓形成，就必须要在剪切流动的条件下进行。 炎症 一般来说，经典的三步白细胞吸附级联包括细胞滚动、细胞粘附和细胞迁移。细胞滚动是选择素介导的滚动，E-选择素识别并以与某些白细胞表面蛋白上存在的受体结合，导致细胞沿着血管的内皮表面滚动。随着炎症反应的进行，受损组织释放的趋化因子进入血管并激活滚动的白细胞，这些白细胞与内皮表面紧密结合，细胞粘附是迁移到炎症组织之前的重要步骤。细胞迁移是细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的梯度后而产生的移动。 动脉粥样硬化 由于斑块（脂肪沉积物）的积聚而导致的动脉变窄，动脉粥样硬化是最常见的心血管疾病之一，可导致包括中风或冠状动脉疾病等许多疾病。 四、点成VenaFlux多版本介绍 点成VenaFlux Starter ：装有VenaFluxAssay软件的PC通过USB连接到Mirus Evo泵。Mirus Evo泵管套件将Mirus Evo泵连接到MultiFlow8，MultiFlow8通过连接管连接到生物芯片。生物芯片放置在显微镜载物台上的微环境室中（VenaFlux Starter不包含显微镜）。 点成VenaFlux Pro ：在Starter配件的基础上，搭配Axio Vert A1显微镜和数码相机，工作程序如下图所示： 点成VenaFlux Elite： 在Starter配件的基础上，搭配Axio Observer7显微镜和数码相机。产品实物图如图：