 上传我的文档
 下载
 收藏
本店资源来源于互联网，版权为原作者所有，请下载试用者二十四小时后删除. 试用后请购买正版的资源。若侵犯到您的版权, 请提出指正, 我们将立即删除。谢谢!!
 下载此文档
液滴微流控芯片技术及其在药物筛选中的应用_郑振
下载积分：380
内容提示：液滴微流控芯片技术及其在药物筛选中的应用_郑振
文档格式：PDF|
浏览次数：28|
上传日期： 18:54:47|
文档星级：
全文阅读已结束，如果下载本文需要使用
 380 积分
下载此文档
该用户还上传了这些文档
液滴微流控芯片技术及其在药物筛选中的应用_郑振
关注微信公众号细胞库/细胞培养
ELISA试剂盒
实验室仪器/设备
原辅料包材
体外检测试剂
众人拾柴火焰高，不断前进的微流控技术
点击次数：
日，2016国际微流控芯片与微纳尺度生物分离分析学术会议、第十届全国微全分析系统学术会议、第五届全国微纳尺度生物分离分析学术会议在兰州大学顺利召开。本次会议由中国化学会主办，兰州大学承办，南京大学、复旦大学、浙江大学协办，邀请六十余名国内外知名学者作一系列报告，吸引了国内外五百余名专家学生参会。　　本世纪初微纳流控系统经历了爆发式的发展，在多学科交叉的领域中占有重要地位。在经历了急速发展后，这个领域逐渐趋于成熟，出现了很多成功的应用案例，特别是对一些国际性前沿科学问题的解决起到了关键的作用。本次会议上，笔者注意到，很多科研人员正在探索如何利用微纳流控技术更好地服务于不同领域的前沿研究，这一点从以下的这些报告中就可以感受到。由于本次会议相关报告众多，笔者也只能选择性地进行报导，在此特作说明。夏帆 华中科技大学题目：基于微纳米孔道的生命分子检测　　生物体内重要的生命过程如细胞核内DNA复制和 RNA 转录等都是在微纳米尺度限域空间下进行的。因此研究生物分子在微纳米尺度限域空间下的自组装过程及门控性能，更接近生命体系，具有十分重要的意义。传统夹心结构的探针中只含有一个靶标分子和一个探针分子，由于没有黏性末端，只能形成分子量小，结构简单的“0D( 0 维) ”结构。夏帆带领其团队设计了“超级三明治”即超级大夹心结构的核酸探针，可以形成线性长链的“1D( 1 维) ”结构。这种结构在电极表面构筑时，同时提高了灵敏度和特异性。　　黄岩谊 北京大学 题目：微流控技术与单细胞测序　　单个细胞是生命活动的基本功能单位，越来越多的实验证据及相关的理论推导表明，在许多体系包括疾病的发生与发展过程中，正是各个不同的单个细胞间个体化的差异，导至重要的甚至是决定性的结果。单细胞的分析研究手段中，基因测序技术由于有望获取最多、最完整的信息而备受关注。然而，由于单个细胞内基因物质的含量极少，所以单细胞测序技术面临巨大挑战。黄岩谊在报告中介绍了他们团队通过微流控芯片，稳定进行单细胞俘获和定量观测的研究成果。许丹科 南京大学 题目：纳米银生物传感微流控芯片的研究　　许丹科介绍了他们近年来研究与制备的多种具有特异性识别与检测信号的适配体银纳米探针，通过适配体对蛋白质分子的特异性识别及纳米银探针的检测信号，可实现微量蛋白质的特异性分析。另外，他们还尝试了在微流控芯片中集成具有金属荧光增强作用的银纳米颗粒的微阵列传感器。他们的研究结果表明，将微流控芯片技术与生物传感检测方法相结合，可有效地促进微量样本的快速、自动与通量化分析技术的发展。王进义 西北农林科技大学 题目：微流控细胞操作与组织模型构建　　王进义课题组近年来开展了一系列基于微流控芯片技术的细胞操作方法研究，通过系统研究不同种类哺乳动物细胞变形性、微流体惯性微流、芯片微管道内流体力学及微液滴发生动态，建立了多种血液循环肿瘤细胞分离、细胞三维控制图样化及人功能组织单位重构新方法，构建了系列高通量循环肿瘤细胞分离与组织仿生分析微流控平台，促进了微流控芯片技术在生命科学研究领域的应用，尤其是在生物医学研究领域的应用。涂然 中国科学院天津工业生物技术研究所题目：液滴微流控高通量筛选系统研究与应用　　涂然在报告中介绍了其基于液滴微反应器和激光诱导荧光检测技术的液滴微流控高通量筛选系统研究工作，通过微流控芯片设计，微灵敏荧光检测方法开发，集成光路和光电信号检测，快速精准分选技术研究，研制了第一代液滴微流控高通量小型化筛选样机。利用该装置对生产酶、氨基酸等代谢产物的工业微生物进行检测，显著降低了试剂和其他耗材成本，对提升微生物资源挖掘及优化改造效率可能有很大促进作用。陈涛 北京工业大学 题目:激光直写法制备三维微流控芯片的技术及应用　　由于传统的微流控芯片加工方法在制备具有复杂空间通道网络结构的三维微流控芯片时存在工序较多、操作困难等问题，陈涛提出了一种采用飞秒激光内加工的方式，具体研究了激光功率、扫描速度、扫描次数等加工条件对微通道加工质量和几何尺寸的影响。并且通过内加工方式制备的微通道经注液实验验证具有良好的通畅性、光学透明性和亲水性，可用于集成三维微流控芯片的制作。齐莉 中国科学院化学研究所题目：基于液滴微流控反应器的温敏聚合物的制备及其细胞成像研究　　如何实现不同反应物流体在微流控芯片中的快速、高效、短距离混合是开展化学/生化反应研究所面临的重要挑战，齐莉介绍到其所在课题组采用三维环形结构可克服传统微反应器中液体的混合度先升高后降低缺陷的策略，设计制作了独特的三维 “立交桥式”等微流控芯片混合反应器，开展了化学反应研究， 并验证了这种环形结构对流体的高效混合作用，并进一步以其设计制作的液滴微反应器合成制备了一系列温敏荧光聚合物，并将其作为分子温度计用于细胞的温度变化成像研究中。李清岭 山东师范大学题目：微流控多色荧光检测装置的研制及应用　　由于激光诱导荧光检测多是单一波长激光激发及单色荧光检测， 难以同时检测与定量分析具有“不同吸光、 不同荧光”特性或“不同激发、 不同发射”多色荧光标记的多种生物分子。针对这一问题， 李清岭研究团队设计了微流控多色荧光检测装置，该装置具有可见、近红外两种波长激光同时激发， 绿色、 红色和近红外三色荧光同步检测， 以及激光对焦等功能。该技术有助于拓展激光诱导荧光检测、 微流控芯片、 单细胞分析等相关研究与应用空间。程鑫 南方科技大学题目：基于有源矩阵的大规模数字液滴微流控芯片技术　　程鑫在报告中介绍了他们团队研发的一种新型的基于有源矩阵电路来进行液滴驱动的数字生物芯片，通过薄膜晶体管驱动的大规模电极阵列，利用介电电润湿(EWOD)现象，实现成百上千个液滴的并行控制。同时展示了这一数字液滴微流控芯片的架构、工作原理、制造流程及应用前景。这种新型的数字液滴芯片具备广泛的通用性、大规模可扩展性和可重复使用性，有望广泛应用于生物工程或生物医学工程技术中。李昕欣 中科院上海微系统与信息技术研究所题目：用于生化快速检测的流控芯片微纳集成技术　　李昕欣在报告中介绍他们所做的微纳流控芯片技术，该技术重点面向食品安全的生化痕量快速识别与传感检测。分别介绍了集成了悬臂梁传感器“微潜水衣”的微流控芯片技术和对水中重金属离子、致病菌和农药残留物的检测，基于磁弹性谐振子的无线微流控芯片检测方式和对牛奶以及果汁中致病菌的快速检测技术，基于磁弹性谐振子进入血管清理血栓的微纳机器人技术，以及基于微流控芯片中区域选择性集成多重表面浸润性的图案化自组装多重 SAMs 的技术。
本网站所有注明“来源：丁香园”的文字、图片和音视频资料，版权均属于丁香园所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：丁香园”。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
发表评论：
请或后，发表评论
按Shift+Enter提交
丁香通采购热线：400-
Copyright (C)
DXY All Rights Reserved.液滴微流控技术重要进展简介
液滴微流控是在封闭的微通道网络中生成和操控纳升至皮升级液滴的科学与技术。与连续流动的微流控系统相比，液滴微流控系统具有诸多优点：
（1）液滴被与之不互溶的另一相间隔，每个液滴皆可作为独立的微反应器；（2）短时间内可以生成大量的微反应器（最高可达数千赫兹），适合高通量的生物和化学分析；
（3）液滴的体积可小至皮升或飞升，大大降低了样品与试剂的消耗；
（4）混合速度较连续流动的微流控系统明显加快，反应时间大大减少。
由于液滴的上述特征，液滴微流控又称“液滴实验室”（lab-in-a-drop）。
近年来，液滴的质谱分析技术、基于液滴的梯度技术、双重液滴技术及基于液滴的基因筛选等取得了较大进展，使液滴微流控在单细胞分析、酶动力学、蛋白质合成及高通量筛选等研究领域的潜力逐渐显现出来。
液滴微流控的重要进展
液滴的质谱分析技术
质谱是一种根据离子化样品的质荷比进行定性和定量分析的技术，质谱分析无需对样品进行标记，适用性广，另外质谱可对样品组分的结构信息进行解析。
因此液滴技术与质谱的联用将在很大程度上扩大液滴微流控的应用领域。
进行质谱分析时，必须避免油相组分对样品测定的干扰，因此液滴技术应用于质谱的主要挑战是将油相和水相液滴分离。
Fidalgo等采用介电的方法将油相中的液滴转移至质谱的连续水相载流。
液滴注射区域的电极之间不施加电压时，液滴流与连续水相载流互不干扰，而电极之间施加一定电压时，水相液滴与质谱水相载流融合并被质谱水相载流推入质谱分析器被检测。
Zhu等开发了一种“亲水舌”的液滴取样结构。
如图所示，将液滴生成和液滴流动通道硅烷化处理成疏水性，其他区域包括质谱载流通道和取样区域（“亲水舌”）处理成亲水性。
水相液滴流经亲水性“亲水舌”区域时，水相液滴可注射进入质谱水相载流被质谱仪检测，而疏水性的油相则流入废液池。调节废液池液面高度可实现液滴的完全进样、部分进样和零进样。
液滴梯度技术
目前关于液滴微流控的报道以生成同种浓度的液滴为主。
当需要改变液滴中组分的浓度时，通常应先将注射器从注射泵取下并清洗注射器和连接管路，随后注射器重新吸取一定量的其他浓度的样品溶液，与芯片连接并重新固定在注射泵上。
这种操作极其繁琐、耗时、样品消耗量较大，在很大程度上削弱了液滴微流控低消耗与高通量的潜力。因此，发展在芯片上生成不同浓度梯度液滴的技术非常必要。
2003年，芝加哥大学Ismagilov研究组提出了一种通过改变各流体的相对流速生成不同浓度液滴的方法。
如图所示，注射泵控制三种溶液（两种试剂溶液与一种缓冲液）的总流速不变，改变三种溶液的相对流速可形成不同浓度的液滴。
注射泵泵速通过计算机程序控制，因此该方法可在芯片上自动形成不同浓度梯度的液滴。
该研究组用这种方法生成含不同浓度荧光底物的液滴，测定出核糖核酸酶A与荧光底物反应的催化转换常数K= S^-1。
Huck研究组则结合层流扩散（laminar diffusion）与液滴生成技术形成了不同浓度的液滴，并用该方法测定出碱性磷酸酯酶（alkaline phosphatase，ALP）与荧光素二磷酸酯四铵盐（Fluorescein diphosphate，FDP）反应的米氏常数和催化反应速率常数分别为3.0±0.4 μM和 S^-1。
如图所示，芯片结构由四部分构成：浓度梯度产生区（S1）-两个入口分别注入缓冲液和样品溶液，两种溶液在微通道网络结构中经过层流扩散在出口的每个通道形成不同浓度的样品溶液；
试剂混合与液滴形成区（S2）-试剂和不同浓度的样品汇合后被不互溶的油相剪切形成液滴；
反应与筛选区（S3）-四个通道中的样品和试剂在液滴中快速混合、反应及检测，通道之间的液滴浓度互不相同；
驱动控制部分（S4）-控制油相及反应试剂的流速确保每个通道中的液滴大小和液滴的移动速度相同。
双重液滴（double emulsion），或称为“液滴中的液滴”（droplet-in-droplet），是指在大液滴中包裹小液滴。
双重液滴在药物缓释、食品、化妆品、化学分离及微球与微胶囊的合成等方面具有广泛的应用前景。
微流控平台上生成的双重液滴具有均一性好、易于控制、自动化程度高等优点，这些特点都是传统宏观体系下生成的双重液滴无法比拟的。
因此，利用微流控平台生成双重液滴具有较广泛的应用前景。
Abate等在一枚聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片上加工了两个液滴生成器，将通道进行局部亲疏水性修饰后以两步乳化的方式生成了双重液滴。
Weitz研究组则提出采用套管的方法生成双重液滴，采用套管的方法只需一次乳化即可生成双重液滴。
如图所示，系统由一根方形毛细管和两根圆柱形毛细管组成。两根圆柱形毛细管的外径与方形毛细管的内部尺寸相当，确保圆柱形毛细管能套入方形毛细管内并结合紧密。
具有尖锥状的圆柱形毛细管用于注射内部流体，另一圆柱形毛细管则用于收集所有流体，锥状毛细管和方形毛细管之间泵入中间流体，方形毛细管和收集毛细管之间泵入外部流体。
内部流体在收集毛细管进口端被中间流体以同轴流体聚焦的方式剪切生成液滴。由于外部流体与中间流体不互溶，包有液滴的中间流体在收集毛细管进口端又被外部流体剪切形成双重液滴。
基因筛选与蛋白质合成
无细胞蛋白质合成是基因筛选的一个重要手段。微流控液滴具有液滴生成速度快、液滴尺寸均一、自动化程度高等特点。
因此液滴微流控极适用于无细胞蛋白质合成和基因筛选。Dittrich等首次用液滴微流控技术进行了基因筛选的尝试。
如图所示，将基因和反应液用注射泵输入芯片通道，基因与反应液混合后在液滴生成处被不互溶的矿物油间隔成独立的液滴。
液滴用一储液池收集，反应50 min后，将储液池中的液滴反向抽回通道使其流经检测点时被检测。
Wu等在此基础上作了一些改进，如图所示，Wu等在芯片上加工了一个大的通道区域用于收集生成的液滴，液滴在该区域流速减慢、聚集，液滴途经该区域到达检测点时已获得数十分钟的反应时间，这种设计使操作更为简便。
液滴微流控近年来取得了较大发展，为化学、生命科学与医学等领域的基础与应用研究提供了一个有力平台。
同时必须指出的是，液滴微流控技术目前还存在一些挑战，例如不同样品之间的切换、油相和水相中表面活性剂对液滴反应和检测的影响、液滴与液滴之间的相互污染等问题均没有得到较好的解决，理论指导极为缺乏。
随着该领域研究的不断深入，这些问题将逐步得到解决，液滴微流控的应用前景也将变得更加广阔。
责任编辑：
声明：本文由入驻搜狐号的作者撰写，除搜狐官方账号外，观点仅代表作者本人，不代表搜狐立场。
今日搜狐热点微流控技术_百度百科
声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
微流控技术
微流控技术定义
微流控（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室（Lab on a Chip）和微全分析系统（micro-Total Analytical System）。微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
微流控技术特征流体现象
流体在微流控的微通道中的行为与其在宏观尺度通道中不同，这些流体行为（现象）不仅是微流控的重要特征和标志，还是方便、独特的技术手段。主要的流体现象有层流和液滴。
微流控技术层流
层流与湍流相对应，是指流体的层状流动，其流线与管壁相互平行。在粘性力远远大于惯性力，或雷诺数（Reynold number）小于3000时，层流就会出现。当几相不同颜色的流体从不同的入口进入同一个微通道时，即使它们互溶，也会形成层次分明的多相平行流动。利用层流的这种几何规律性，可以实现材料、化学环境和细胞在微通道中的有序排布。另外，在层流情况下，湍流基本消失，分子扩散将成为微尺度下传质的主要途径。由于扩散速率与分子自身的特性有关，利用分子在微通道中的不同扩散距离可以将不同的分子进行分离。也因为如此，层流下的液体混合过程相对缓慢，但是，通过在微流控微通道中制作特殊结构，如不对称鱼骨状的突起，可以加快传质过程和液体混合。
微流控技术液滴
当两相不互溶的液体（油和水）在微流控通道中流动时，在液/液界面张力和剪切力的作用下，其中一相流体会形成高度均一的间断流，即液滴。在乳液制备的方法中，如果说基于搅拌的方法是自上而下的，那么微流控则是自下而上的方法。微流控能够以非常高的通量制备高度单分散性的液滴乳液。常见的微通道结构为T型和ψ型。在某些情况下，含有不同高分子聚合物的水相液体在微流控通道中也会形成不互溶的液滴。
微流控技术材料和微加工方法
制作微流控芯片的主要材料有硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和纸基等。其中PDMS的使用范围最为广泛。这种材料不仅加工简单、光学透明，而且具有一定的弹性，可以制作功能性的部件，如微阀和微蠕动泵等。PDMS微阀的密度可以达到30个/cm。但是PDMS材料容易吸附疏水性小分子，导致背景升高和检测偏差。为了克服非特异性吸附的问题，表面惰性且抗黏附的聚四氟乙烯材料开始被用于制作微流控芯片。纸基通常指的具有三维交错纤维结构的薄层材料，但是硝酸纤维素膜一般也常用于纸基微流控芯片的制作。因为纸基具有价格便宜、比表面积大和亲水毛细作用力等特点，通过结合疏水性图案化和纵向堆积等步骤，具有多元检测和多步操作集成等优点，非常适合制作便携易用的微流控芯片。
不同的材料特性决定了不同的微加工方法。但是微流控芯片最主要的加工方法是来自于微电子行业的光刻技术和来自于表面图案化的软光刻技术。在上述两种技术的基础上，为了制作完整的微流控微通道，一般还需要对两片材料进行键合。玻璃和硅片等材料通过高温、高压或高电压等方法键合，而PDMS材料通过氧等离子处理进行键合。
微流控技术重要应用
除了有机合成、微反应器和化学分析等，微流控技术在生物医学领域发挥了越来越重要的作用。目前，两个重要的应用方向是临床诊断仪器和体外仿生模型。
微流控技术临床诊断
微流控检测芯片一般具有样品消耗少、检测速度快、操作简便、多功能集成、体小和便于携带等优点，因此特别适合发展床边（POC）诊断，具有简化诊断流程、提高医疗结果的巨大潜力。
微流控技术体外模型
利用仿生微结构和水凝胶等生物材料，微流控芯片非常适合在体外实现组织和器官水平的生理功能，被称为“器官芯片”(Organs-on-Chips)。这样可以弥补传统两维细胞培养和动物实验的不足，可以动态操控和实时观察重要的生理病理过程，提高疾病的研究水平和药物的研发效率。目前已经针对肺、肠、心、肾和骨髓等器官的重要特征建立了相应的微流控体外仿生芯片。在组织和器官水平研究单个基因或信号通路的功能已经成为系统生物学研究不可或缺的重要步骤。
中国生物医学工程学会成...
提供资源类型：内容}