集成微流控芯片

作为一种能够在微米级尺度操纵液体的新兴技术, 微流控芯片已经受到科学家们的广泛关注. 高密度集成的微流控芯片装置可以实现高通量并行化的实验以及多种操作单元的功能一体化, 作为一种新的方法学平台, 已经越来越多地应用于化学和生命科学的研究中. 本文着重介绍了集成化微流控芯片装置的基本概念、构建方法、及其在细胞生物学、分子生物学以及化学合成应用研究中的最新进展, 尤其强调了集成微流控芯片系统在传统方法难以达成或实现的单细胞和高通量的研究中的优势, 展望了集成化微流控芯片在化学以及生命科学中的应用前景.     

上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所介绍

正上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所是致力于电流变液、高通量液滴微流控、快速即时检测芯片等领域的研发,融合材料、化学、物理和生物等专业人才,具有跟踪国际学术前沿、跨学科研究的专业性科研机构。研究所拥有2 000余平米的专业实验室研发基地,前期投入各类专业设备2 000余万元,配备微纳米加工超净实验室、微流控实验室、生物洁净实验室、智能材料研发     

基于微流控芯片的细胞迁移

细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用.细胞迁移研究中,传统的研究方法无法满足高通量的需求,且大多是单因素检测,难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响.微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一,其作为细胞迁移研究新的技术平台,一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势,快速实现大规模分析;另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体,调节溶液温度和pH等细胞微环境要素,更真实模拟细胞体内生长微环境,并完成实时监测.微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究,其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类,分别从平面培养和立体生长的角度,研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响,打破了传统方法的局限性,促进了生物及医学等领域的研究.本文介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展,重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片,并讨论了各类微流控芯片的优缺点.     

集成光纤的微流控电泳芯片制作技术

利用印刷电路板技术制作芯片模具, 以PDMS为材料制成微流控电泳芯片. 该芯片上集成有光纤, 靠光纤传输激发光, 使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近, 提高了检测灵敏度, 省去了光学聚焦系统. 对集成光纤的微流控电泳芯片的加工工艺和封装方法进行了探讨. 用所制作的芯片对FITC(异硫氰酸荧光素)和以FITC标记的氨基酸进行了分离, 结果证明了该芯片的可行性.     

微尺度电动混合混沌反控制方法

针对被动式混沌微混合器受控性差且加工难度大等缺点,基于广义混沌同步理论,提出了一种运用混沌电场对微流控芯片有序层流流体进行主动混合的电动混沌反控制方法.该方法将Duffing混沌模型施加于微流控芯片混合室的壁面电极,结合微流控芯片微混合室建立控制模型,采用Rosenstein小数据量混沌评价法对流体混沌效果量化评价,进一步优化Duffing混沌反控制算法模型参数.对优化后的混合混沌反控制算法与传统正余弦控制算法进行性能分析.研究结果表明,优化后Duffing算法控制流体进入混沌状态的时间比传统正余弦算法提前了约27.3%,最大Lyapunov指数提高约25%,说明该方法有效地提高了微流控芯片微混合器的混沌混合效果.     

本期专题简介

正微流控技术是一种利用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为10~(-9)~10~(-18)L)系统的技术,涉及到工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域。目前,微流控技术在众多领域具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。本期刊载的"微流控与材料"专题介绍了功能软物质材料及其在微流控领域的应用、基于微流控技术的高通量材料研究以及基于微流控液滴技术的载药缓释微球研究进展。     

一维微流控微珠阵列芯片用于肿瘤转移相关基因表达谱检测

基于一维微流控微珠阵列芯片, 通过在微珠表面进行核酸功能化修饰, 发展了一种新型的肿瘤转移相关基因检测平台. 该芯片灵敏度高(DNA检测下限为0.02 nmol/L), 无需扩增即可直接对多种基因mRNA进行同时检测. 以来源于同一病人大肠腺癌的原发癌和转移癌细胞为研究对象, 成功地对两种癌细胞中多个肿瘤转移相关基因转录水平的表达进行了检测, 并用RT-PCR验证了该芯片的检测结果. 结果表明, 该芯片具有样品及试剂消耗极小、灵敏度高、分析速度快、成本低等优点, 并且可以实现高通量分析, 在肿瘤转移早期诊断及机理研究等方面具有重要的应用价值.     

芯片上的实验室——评《图解微流控芯片实验室》

微型化和集成化是当前科学技术发展的一种趋势,它体现了人类力图在最大程度上以最少的资源解决复杂问题的意愿.一种以在微米尺度的器体上流体的可控流动为基本物理现象的微流控芯片实验室技术已经浮出水面(图1),并显示出其改变人类未来的潜在能力.     

类器官芯片在生物医学中的研究进展

目前国际上药物筛选技术主要是依据药效学模型进行细胞和动物实验,测试给药前后的变化,但是这种初筛方法的效率并不够理想.近年来,随着生物技术和信息技术的迅速发展,使得类器官芯片成为生物医学中极具特色而富有活力的新兴领域.相比传统的平面细胞培养和动物模型,类器官具有更接近在体器官的结构和功能的优势,可以更好地反映人体生理学特性.结合类器官芯片与微流控技术构建的生理微系统,可以在体外模拟人体组织器官的主要结构和功能特征.本文综述了类器官的培养现状、器官芯片的制作和应用以及结合仿生传感技术的研究工作进展.这些技术研究在药物研发、疾病模型和个性化医疗方面具有广阔的应用前景.     

基于微流控技术的类器官芯片在肺癌精准治疗中的应用

肺癌是全球范围内发病率和死亡率均居首位的恶性肿瘤,具有显著的个体化特征和遗传异质性.无疑,以患者为中心的个性化药物筛选和新药研发对提高总体生存率至关重要.近年来,由于类器官模型具有培养周期短、操作便捷和拟合度高等优势,能够真实保留患者肿瘤的遗传信息,在模型构建和个性化药物筛选中扮演着越来越重要的角色.然而,传统类器官稳定性差、肿瘤微环境单一、通量低等固有缺陷限制了其进一步的临床转化与应用.基于微流控技术的类器官芯片是类器官在生物技术维度的延伸,可以实现对理化环境因素的精准控制、高度模拟肿瘤微环境、显著提高药物筛选通量,有效弥补了传统类器官培养技术的不足,开启了肿瘤个体化治疗新纪元.本文总结了微流控类器官芯片作为个性化药物筛选模型的优势特征,并结合在肺癌研究中的最新进展,探讨了类器官芯片在肺癌精准治疗中的转化价值和未来的发展方向.     

基于微流控液滴技术的载药缓释微球研究进展

单分散性载药缓释微球作为新型药物释放系统已成为缓释药物制剂研究的热点问题之一,但传统制备方法获得的载药微球大多存在大小不均一、粒径分布宽、载药量低、缓释效果不明显等问题,极大地限制了其应用。微流控液滴技术因其操作简单,可以控制液滴形成的过程,成为近年发展起来的制备单分散性载药微球的新方法,在制备粒径均匀、具有特殊性能等载药微球方面有极大的优势。本文从传统载药微球的制备及存在问题入手,简述微流控技术的基本原理及液滴微流控制备载药微球的基本方法与类型,体现微流控技术相比传统制备技术的优势,即可以制备得到粒径均一、大小组分可控且呈单分散性的药物可控释放微球。     

量子计算机的0到N

众所周知，量子计算机在处理某些特定问题时的速度将快于传统计算机。由于各国争相布局量子计算，它将成为世界科技发展的新高地。作为新一代信息技术，具有颠覆性质的“它”能够给人类带来多少魅力？近年来，国内外针对量子计算的研究风起云涌，如今的量子计算又发展到了什么阶段?文章作为引玉之砖，对量子计算从底层研究跨越到技术路线的发展以及未来的产业动向作初步的探讨。     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanical systems, MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

Ajax技术在Web开发中的应用

相对于传统的Web应用，Ajax技术丰富了客户端的表现能力，极大地改善了用户体验，其原因在于Ajax技术实现了客户端与服务器间的数据通信，并提供了两者间异步通信的能力，从而降低了网络传输的数据量，均衡客户端与服务器间负载。文章介绍了Ajax技术的起源与发展、Ajax的工作原理，重点提出了如何利用Ajax设计思路编写程序。     

生物芯片技术与力学

生物芯片是在固相基底上集成了大量生物分子的微型化、集成化的检测和处理平台,在与生物相关的许多领域均有重大应用。文章主要介绍了生物芯片的发展历史、技术支撑、主要操作步骤和存在的困难,着重分析了生物芯片技术存在的若干关键力学问题,并对未来发展方向进行了初步展望。     

信息技术促进传统工业发展存在问题及对策分析

高技术时代,信息技术促进传统工业的发展是当务之急。我们可以通过信息技术对传统工业的改造、渗透和替代等方式,促进传统产业的发展。     

太赫兹波调控技术：驾驭太赫兹之光

随着研究的不断深入,太赫兹科学与技术在多个基础研究及工程应用领域的重要地位日益凸显。辐射源、传输与控制及探测感知是太赫兹技术进一步发展需要继续探索的三个重要方面。太赫兹波应用的共同基础是使其与物质发生有效的相互作用以携带信息、传输能量等,实现这些过程往往需要对太赫兹信号的振幅、相位、频率、偏振、波前等电磁特性及自旋角动量、轨道角动量等光子特性在时空维度上进行调控。上述调控可以直接在辐射源处进行,也可以在传输过程中引入额外的功能器件。文章介绍了几种最具代表性的、基于源及器件的太赫兹波调控技术,并总结其基本原理、发展历程及最新进展。太赫兹波调控技术的发展将为太赫兹波的进一步应用奠定坚实的基础。     

关于美丽中国体系建构的思考

“美丽中国”是国家生态文明建设的具体化目标。习近平总书记在十九大报告中指出,加快生态文明体制改革,建设美丽中国,并要融入到经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程。这充分体现了国家高尚而鲜明的可持续发展情怀与时代先进思想。建设美丽中国是一个完整的体系,是由自然系统、经济系统、社会系统构成的,并直接受文化和科技力量的推动。只有深刻解读建设美丽中国的内涵,才能在美丽中国体系建构上充分体现科学性,才能针对性施策 和精准发力,才能做到时空有序且高效地推进美丽中国的建设,最终实现中华民族的伟大复兴。     

浅谈传统技术与现代先进技术的比对

随着时代的发展,越来越多的先进技术被人们引用。与以往传统技术相比,现代技术功能越来越强大,智能系统化越来越高,更能适应于当今社会发展的需求。