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基于微流控芯片平台的秀丽隐杆线虫衰老模型研究进展
秀丽隐杆线虫作为国际公认的模式生物是衰老研究的理想模型,而微流控芯片因为其高通量、微型化、自动化和多功能集成化等独特优势,被越来越多地应用于秀丽隐杆线虫的研究中.本文综述了基于新型微流控芯片平台的秀丽隐杆线虫模型在衰老研究中的进展,并展望了微流控芯片在以秀丽隐杆线虫为模型进行寿命研究中的应用前景.
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微流控芯片技术的研究进展
微流控芯片技术是指采用微细加工技术,在一块几平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构和其他功能单元,把生物和化学等领域所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离和检测等基本操作单元集成或基本集成在尽可能小的操作平台上,用以完成不同的生物或化学反应过程,并对其产物进行分析的技术.它不仅使生物样品与试剂的消耗降低至纳升(n1)甚至皮升(p1)级,而且使分析速度大大提高,分析费用大大降低,从而为分析测试技术普及到户外、家庭开辟了一条新路.它充分体现了当今分析设备微型化、集成化和便携化的发展趋势.现已成为国内外生物化学、分析化学、分子毒理学、环境医学和预防医学等领域的研究热点.
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一种捕获尿液中膀胱癌细胞的新型微流控芯片的设计 新型微流控芯片的设计
膀胱癌主要发生在膀胱粘膜上,是泌尿系统常见的恶性肿瘤,其发病率和致死率较高.目前临床的技术手段对于膀胱癌的诊断和检测有诸多缺点和不足,例如检测过程有创伤,且敏感性和特异性均不高.本文设计并制备出一种新型的用于膀胱癌检测的微流控芯片,选取聚二甲硅氧烷作为芯片基片材料,采用模塑法制作芯片;使用硅烷化修饰在玻片上固定特异性抗体,并利用圆柱形阵列结构减缓流速以抓捕靶细胞.采用此芯片,从膀胱癌患者尿液样品中抓捕肿瘤细胞并经特异性荧光抗体进行鉴定.本文成功制备了无创膀胱癌检测的微流控芯片,为膀胱癌的检测和诊断提供了新的思路和有力的平台.
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基于微流控芯片的动态胚胎培养
目的:在微流控芯片上模拟输卵管收缩和纤毛运动引起的流体机械刺激和生化刺激,发展一种接近生理状态的胚胎动态培养方法,探讨其在体外受精-胚胎培养中的价值.方法:按功能构建微流控芯片,优化流体速度,使小鼠受精卵在芯片微孔中接受持续的灌注培养,同时在芯片上实现胚胎发育的监测.比较用微流控芯片法和常规微滴培养法的胚胎发育情况和囊胚形成率.结果:微流控培养系统流体速度在10 μl/h时胚胎发育情况较好,获得的囊胚率高(47.9％,23/48).体外受精胚胎在微流控培养组5～8细胞发育率、桑葚胚发育率和囊胚形成率均明显高于微滴培养组(53.1％ /46.6％、50.3％ /41.5％和45.5％ /35.5％),两组之间比较差异均有统计学意义(P均＜o.05).而两种培养方法获得的2～4细胞发育率分别为63.4％和60.2％,差异无统计学意义.结论:胚胎培养过程中的物理微环境会影响胚胎质量,这种基于微流控芯片的胚胎动态培养方法可以显著改善胚胎质量,有希望成为辅助生殖技术中胚胎培养的一种新型工具.
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同步检测乙肝、丙肝、梅毒病原体的微流控芯片的研究
设计出一种快速筛查血液中病原微生物(乙肝表面抗原、丙肝抗体和梅毒抗体)的微流控芯片,该芯片将ELISA实验步骤整合并在芯片中完成,与传统的酶联试剂盒相比,该芯片具有快捷方便,需血量少,高通量的特征.用标准品验证得到较好的相关性.可以满足献血时快速筛查的血液符合要求.
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面向POCT应用的微流控芯片技术综述
即时检测(POCT)以实现快速便捷的临床现场检验为主要目标，具有检测实时性高、综合成本较低、不依赖专业设备等优势，广泛应用于临床监护、检验检疫、家庭保健等领域。微流控芯片技术因其样品消耗量小、检测灵敏度高、易于集成和实现自动检测等特点，已成为实现POCT的重要技术手段。本文根据核酸、蛋白、细胞等检测对象的属性特点，分类综述了面向POCT应用的微流控芯片检测技术研究现状。进而针对POCT临床应用需求，介绍了POCT用微流控芯片在芯片构建技术、系统化、产品化等方面的研究成果。后，针对该领域的研究难点和发展趋势进行了讨论。
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专家带您探访神秘的"芯片王国"
生物芯片是一类快速、高效、高通量的生物分析器件或集成化分析系统,包括微阵列芯片、微流控芯片、芯片实验室以及相关的仪器设备、试剂耗材和软件数据库.生物芯片通过微加工和微制备技术在固体表面构建微型生物单元,实现对生命体系中组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类、代谢产物以及相关生物大分子化学修饰信息进行准确、快速和大信息量的检测.生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术.
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黄芪、山茱萸对肾炎小鼠尿蛋白谱的影响
目的:研究黄芪、山茱萸对肾炎小鼠尿蛋白谱的影响,旨在探讨中药治疗肾炎的分子学机制.方法:给小鼠注射右旋糖苷,造成慢性肾炎模型.动物随机分为黄芪组(灌胃,20 g·kg-1·d-1)、山茱萸组(灌胃,10 g·kg-1·d-1)、模型对照组(灌胃饮用水),另设正常对照组.造模同时给药,每天1次,连续12周.末次给药后,收集各组动物24 h尿液,分别用非浓缩尿液和冷冻干燥尿液作为样本,采用微流控芯片分析技术,对各实验组小鼠的尿样蛋白质进行分离、分析,比较各组动物尿样蛋白谱的差异.结果:模型对照组动物尿样中的蛋白质种类明显多于正常对照组,相对分子质量大于43×103的蛋白种类和相对含量均明显增加;给予黄芪、山茱萸治疗的动物尿蛋白种类明显减少,尤其是相对分子质量大于50×103的蛋白质明显减少,尿蛋白谱有明显改变,趋近于正常对照组的图谱.同时发现非浓缩尿样蛋白质以相对分子质量29,32,43,52,68,76×103为主,而浓缩尿样蛋白质主要为相对分子质量22,24,32,46×103的蛋白质,后者相对分子质量大于50×103的蛋白质明显减少.结论:黄芪和山茱萸具有降低肾炎小鼠尿中蛋白含量和种类的作用,提示两药具有保护肾脏的作用.
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基于微流控芯片技术的荆芥不同药用部位抗肺肿瘤药效关系研究
为了进一步明确荆芥不同药用部位的合理使用,本文基于微流控芯片技术开展荆芥药材不同药用部位的体外抗肺肿瘤药效学研究,HPLC色谱法建立不同药用部位荆芥药材的指纹图谱,灰色关联度软件对其将药效指标与指纹图谱的相关信息进行谱效关系分析,HPLC-Q-TOF-MS的技术手段对其关联程度较大的化学成分进行快速分析与鉴定.体外药效结果显示,不同的入药部位具有一定的差异性,诱导肺癌细胞凋亡坏死能力叶＞花＞根＞茎;成分鉴定结果显示,第26,12,2,6,15号峰所代表的化合物依次为木犀草素、木犀草苷、迷迭香酸、咖啡酸、橙皮苷;第20,10号峰所代表的化合物可能依次为丹酚酸L、苯甲酸.该研究初步反映荆芥药材根部有纳入药用部位的趋势,并明确了荆芥药材中发挥抗肺肿瘤作用的主要化学组成,为荆芥药材以药理药效为导向的质量控制及不同药用部位的合理使用提供实验依据和实验方法.
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基于微流控芯片技术的天然产物活性成分筛选的研究
随着药物筛选技术的不断发展,新的筛选途径和技术不断涌现,使得药物筛选朝着快速、高效、高通量等方面不断发展.微流控分析技术具有的分析微型化、高通量化、可集成化和良好的生物相容性等特点,为天然产物活性成分的筛选提供了新的方法和技术平台,该文介绍了用于天然产物活性成分的多种筛选方法,重点综述了与细胞培养相结合的微流控芯片筛选技术及其特点,微流控芯片筛选技术平台的构成,以及其在天然产物活性成分筛选中的应用.
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基于微流控芯片的姜黄素诱导MCF-7细胞凋亡的研究
目的 探讨应用微流控芯片实现高内涵药物筛选(high content screening,HCS)的可行性.方法 本文将微流控芯片技术与HCS技术相结合,通过自行设计、制作聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)-玻璃微流控芯片,并在芯片上实现人乳腺癌MCF-7细胞培养、脂质体转染、药物姜黄素刺激等操作,后通过显微成像技术进行检测.结果 姜黄素可以诱导MCF-7细胞凋亡,并呈浓度依赖性,同时获得了细胞在凋亡过程中一些生物信息的改变:随着姜黄素浓度的增加,细胞凋亡比例、Endo G-GFP重定位比例增大,膜通透性增加,细胞核固缩变小.结论 上述微流控芯片可以为HCS技术提供良好的研究平台.
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基于DM642的嵌入式实时细胞显微分析系统的设计
一种基于数字信号处理器(DSP)TMS320DM642的嵌入式实时细胞显微分析系统,采用高分辨率的CMOS图像传感器,经不同倍数的光学放大透镜,可以实现对血液细胞形态图像的采集.DSP对采集的数据进行处理,通过系统的薄膜液晶显示器(TFT LCD)实时地显示图像及数据处理的结果.本系统克服了目前实验室使用的显微镜装配数码相机对细胞成像的设备庞大、价格昂贵等缺点.本系统结构紧凑,配合微流控芯片系统,可以实现微流控芯片上细胞形态的实时检测,充分发挥了微流控芯片系统检验方便、快捷等优点.
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微流控无阀式微泵设计及特性分析
目的 基于微泵流体速度调节不准确、难以实现流量精确控制等问题,以无阀微泵为研究目标,设计了一种新型内置线弹性棒的无阀微泵结构.方法 利用线弹性棒的弯曲变形特性及Navier-Stokes方程组,使用有限元方法建立新型无阀微泵的多物理场耦合数值模型,通过参数扫描计算分析了在不同驱动振幅和驱动频率下对无阀式微泵输出净流量的影响.结果 在驱动频率相同的条件下,微泵输出净流量随着驱动振幅的增加而增加;当保持驱动振幅不变时,提升驱动频率对微泵输出性能的影响较弱.结论 该研究的计算仿真分析为新型无阀式微泵的结构设计提供数值参考并积累一定的经验.
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基于微流控芯片SERS生物传感器的发展与应用
表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)作为一种新兴的、具有超高灵敏度无标记指纹的高级痕量分析技术,与微流控芯片相结合用于光流体检测可以实现快速、无损伤检测分析.稳定、重现、高强度、高灵敏度的SERS信号是获取有效生物传感信息的首要条件.大量研究表明,可控性金属纳米粒子聚集体或纳米颗粒阵列对产生上述SERS信号至关重要.本文综述了利用电场、磁场形成可控性金属纳米粒子聚集体、固体SERS活性基底对高灵敏度SERS信号的增强和重现作用,固态SERS活性基底对其体表面积的增加作用,以及SERS生物传感器在临床免疫测定中的应用等方面的研究进展,为进一步深入研究贵金属纳米结构对SERS信号的增强、重现机制,特别是SERS生物传感器的应用提供参考,同时也为通过优化设计固态SERS活性基底进而实现便携、智能的SERS生物传感器系统提供一定的科学依据.
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芯片实验室在细胞研究中的应用进展
微流控芯片或称微全分析系统(miniaturized total analysis system,μ-TAS)、芯片实验室一般是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成在一块几平方厘米的芯片上,用以完成不同的生物或化学反应过程(包括细胞培养),并对其产物进行分析的一种技术[1].
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微流控芯片及其在病原体检测中的应用
微流控芯片义称芯片实验室,是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的技术平台.微型化、集成化的微流控芯片具有高效、快速、样品和试剂用量少、节约药品等优点,促进了其在病原体检测中的应用.本文对微流控芯片在病原体检测中的优势及其应用研究进展进行综述.
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生物芯片技术与产品发展趋势以及面临的机遇
生物芯片是一类快速、高效、高通量的生物分析器件或集成化分析系统,包括微阵列芯片、微流控芯片、芯片实验室以及相关的仪器和设备.它集合计算机、微电子、微机械、生物化学、分子生物学和生物信息学等技术,在一个微小的芯片表面或芯片内部的微流体系统研究生物大分子之间或者生物大分子与其他化学小分子之间的反应.生物芯片能整合样品制备、分子识别和反应、信号检测和信号放大等独立的分析过程,使之连续化、平行化、集成化和微型化.生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术.它们不仅在功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和毒理组学等领域研究中发挥了重要的作用,而且在疾病诊断和治疗、新药研究和开发、农业、环境、食品安全、国防等领域中已经显示出了非常广阔的应用前景和巨大的商业市场.截至目前,共有13 000多篇生物芯片相关论文发表,其中1000多篇发表在Cell、Nature、Science等国际顶级学术刊物上.经过了十多年的发展,生物芯片技术日趋成熟.其中技术较为成熟的微阵列芯片已经大量进入实用[1-4].微流体芯片等技术正在逐渐成熟并开始被各领域应用[5].同时,新世纪是大生命科学的世纪,功能基因组、蛋白质组、代谢组等大科学研究计划强力地推动了基于生物芯片的高通量生物分析技术和研究平台的市场需求.
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基于微流控芯片技术的三维细胞培养模式的建立及研究
目的 建立适于进行三维联合细胞培养的微流控芯片平台.方法 设计与制作一个多通道连接的高通量微流控芯片平台,通过向微通道内灌注含有细胞悬液胶质的方法构建三维立体培养体系,并通过注射泵连续供给细胞营养物质以模拟体内细胞生存的微环境,将肺癌细胞与人肺成纤维细胞置于体系中进行近似于人体生理条件下的气维联合细胞培养.结果 成功建立了适于进行三维联合细胞培养的微流控芯片平台,实现了肺癌细胞与人肺成纤维细胞的联合下维培养.三维培养状态下的细胞生长状态良好,人肺癌细胞围绕肺成纤维细胞成串状生长,与二维单层培养模式的伸展状态明显不同.结论 以基于微流控芯片技术的三维细胞培养模式为模型进行肿瘤生物学方面的研究,能够比较真实的反映肿瘤细胞的生物学特征,为微流控芯片技术在医学和生物学研究方面提供了一个新思路.
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微流控芯片与常规玻片法在细胞培养和蛋白检测中的比较性研究
近年来,微流控芯片以其多种分析优势被广泛应用于生物医学领域,特别是在细胞及细胞内组分检测方面具有潜在的发展空间[1-2],借助其基本特征和优势,该技术亦可用于肺癌的耐药性研究.研究发现,糖调节蛋白78( GRP78)为细胞内应激蛋白,与肺癌耐药性密切相关[3].目前对其机制的研究主要以常规玻片为平台,该平台难以将细胞培养与蛋白检测集成到同一平片上,检测的便捷性和连续性均不足.
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膀胱癌肿瘤微环境模拟生物平台构建
目的 构建一个可供多细胞联合培养的生物平台,初步实现细胞体外培养状态下的膀胱癌微环境模拟.方法 运用微流控技术进行芯片加工.通过在硅片上进行光刻胶旋涂、曝光、烘焙、去胶等步骤制作含有芯片微结构的光刻阳膜.用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软印光刻阳膜,通过除气泡、烘焙等步骤制作含有芯片结构的PDMS基片.PDMS基片经过修剪、打孔后与洁净玻璃载体放入等离子清洗机处理,之后封接成密闭通道.将膀胱肿瘤T24细胞、人包皮成纤维细胞、人脐静脉内皮细胞及巨噬细胞包埋在稀释的基质胶中形成细胞悬液,在冰面上进行基质胶灌注及细胞接种.培养一段时间后进行细胞形态学观察.结果 该平台由营养液灌流通道、细胞培养室及基质胶灌注单元构成.营养液灌流通道位于芯片结构的外围,由营养液入口、缓冲流道、营养液流道和营养液出口组成;基质胶灌注单元由4个U型基质胶灌注单元和4个直线形基质胶灌注单元组成,每个基质胶灌注单元由基质胶入口、基质胶流道、微桥和基质胶出口组成;细胞培养结构单元由细胞培养室、细胞接种入口、细胞接种出口和细胞流道构成.各细胞培养室通过微桥相互连通.经显微镜观察,4种细胞在该平台生长状态良好.结论 本研究实现了4种细胞在三维状态下的联合培养,为进一步研究膀胱癌肿瘤微环境提供了良好生物平台.
