基于微流控芯片构建三维基质支架中的肿瘤细胞侵袭模型

肿瘤细胞侵袭是一个复杂而高度协调的过程,传统的实验技术,如Boyden小室、Transwell小室法大多只能在二维(2D)尺度下研究肿瘤细胞侵袭,并不能反映体内的侵袭微环境以及监测侵袭过程.为得到更为真实可信的侵袭结果,在体外构建一种三维(3D)肿瘤细胞侵袭模型是十分必要的.本研究在微流控技术基础上自行设计和构建肿瘤细胞侵袭模型,该模型不仅能够模拟肿瘤细胞的侵袭3D微环境,而且能够监测肿瘤细胞与3D微环境的相互作用,以及全程监测生化因子对肿瘤细胞侵袭过程的动态影响.为评价该芯片用于研究肿瘤细胞侵袭机制的可行性和优越性,用该芯片模拟乳腺肿瘤细胞(MDA-MB-231)的3D微环境,并全程监测在细胞坏死因子(TNF-α)浓度梯度诱导下,MDA-MB-231侵袭的全过程.该模型实验结果表明,TNF-α能够诱导MDA-MB-231在3D基质胶中进行定向侵袭,并且发现侵袭到基质胶中的MDA-MB-231会形成具有侵袭突起的顶细胞,顶细胞和柄细胞首尾相连形成线状.该微流控芯片有望为研究肿瘤细胞的侵袭机制和开发抑制肿瘤细胞侵袭药物提供一个新的研究平台.     

基于惯性微流原理的微流控芯片用于血浆分离

血浆是临床生化检验中一类广泛使用的样品, 从全血中分离血浆是生命医学研究领域中一项非常重要的技术. 惯性微流(inertial microfluidics)原理的主要特点是无需施加任何外力如电磁力等, 仅依靠液体流动就可以在微通道内实现一定尺寸的微粒或细胞的聚焦流动. 本研究基于惯性微流原理, 设计并制备了具有不对称弯管结构通道的微流控芯片. 采用制备的荧光微球作为模型样品考察了装置的性能, 发现尺寸越大的微球保持惯性聚集流动的流速范围也越大. 在此基础上, 利用发展的芯片平台成功实现从稀释的血液样品中将血浆分离. 使用芯片对样品进行两次分离, 即二级分离后, 血液中血红细胞的分离效率超过90%. 该装置具有结构简单、体积小巧、操作方便等特点, 不仅可以快速分离血浆, 而且对血细胞基本无损, 易于作为功能模块与现有的一些芯片实验室(lab on a chip, LOC)系统集成结合.     

基于微流控技术构建3D肿瘤模型用于药物筛选

药物筛选是为了发现在疾病治疗层面上的生长抑制剂,或者找到对某一特点表型细胞有杀伤作用的物质.相比传统的药物筛选模型使用的二维细胞培养方法,三维肿瘤模型可根据肿瘤细胞特性,模拟实体组织状态下药物敏感和耐药模式,从而提高标准抗癌药物筛选的精准性.近年来,三维培养系统用于药物筛选的研究受到广泛关注.此外,由于微流控技术在组织...     

基于微流控芯片构建一种新的体外血管生成模型

血管生成在许多生理和病理过程中发挥着重要作用, 但血管生成的机理仍不清楚.因此, 为探明血管生成机理及开发"血管生成相关"疾病的治疗方法, 在体外构建一个合适的血管生成模型是十分必要的. 基于微流控系统构建了一种新型体外血管生成模型, 该系统不仅能为内皮细胞生长提供一种近似于在体的微环境, 并能实时监测内皮细胞对其微环境所发生变化的响应. 为评价该系统用于血管生成模型建立的可行性和优越性, 考察了促血管生长因子对内皮细胞增殖、迁移和管样结构形成能力的影响. 研究结果表明, 在促血管生长因子的诱导作用下, 内皮细胞在三维基质材料中的增殖能力大大提高(提高了 59.12%);在促血管生长因子浓度梯度的诱导作用下, 内皮细胞定向从低浓度往高浓度侵入基质胶且形成管腔样结构. 以上结果表明, 该系统不仅能为血管生成机理的阐明提供一个良好的研究平台, 还能为促血管生成药物或者抗血管生成药物的筛选提供一个合适的筛选平台.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

一种新型细胞趋化迁移微流控通道的构建及表征

细胞迁移、趋化在多种生理和病理过程中扮演着重要角色. 传统方法, 如琼脂糖平板法、Transwell 小室法等大多是在单因素条件下检测细胞迁移情况, 不能建立起多参数可控的实验环境. 微粒流控芯片能保证迁移试验在多参数条件下完成并进行实时观测, 然而制作微芯片采用的光刻法工艺复杂、成本昂贵. 本文采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)铸模, 抽去微丝后制成一种高500 μm 的微通道, 在通道中可生成持续的较恒定的浓度梯度和压力梯度. 将通道应用于细胞趋化试验中, 进一步验证了这种微流动通道制作技术的可行性和适用性.     

在微流芯片中实现可控PH梯度

介绍以软光刻(soft-lithography)为主要手段的微加工技术制备应用于等电聚焦及高效液相色谱的PH值梯度微流芯片. 此种PH梯度芯片具有容易加工、可根据需要快速得到不同范围的PH值梯度、精度可控制、IEF与分离有机结合为一体、等电聚焦所需电场低、PH值梯度不随时间改变等优点, 将在芯片中样品的制备、分离、分析将有广泛的应用.     

基于微流控技术的高通量材料合成、表征及测试平台

随着微流控技术的不断发展以及传统实验方法所暴露出的种种弊端,人们迫切希望微流控技术可以将传统实验室中的实验操作过程如样品预处理、混合、反应、萃取、分离、表征和检测等集中在一个芯片上,以微流控芯片代替传统实验室。这种高通量的实验方法将显著提高反应效率,增加产量,从而不但实现高通量材料的合成、表征与检测,也进一步促进了平台的集成化、微型化、自动化和便携化的发展。     

功能软物质材料及其在微流控领域的应用

功能软物质材料是一种在特定外界刺激下表现相应功能的软物质材料。功能软物质材料在微小的作用下就能展现强大的功能,因此在智能控制等领域有着广泛的应用前景,也成为了软物质研究领域的研究热点。本文介绍了液晶、功能膜、水凝胶和PDMS复合材料等几种典型的功能软物质材料,以及PDMS复合材料在微流控领域的具体应用。     

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.     

导电微纤维的微流控制备及其在柔性电子领域的应用

柔性电子是一种新兴的电子技术.近年来,随着电子材料研究的深入,柔性电子已成功地与多个学科领域结合,成为跨学科研究的热门领域之一.与传统的刚性电子产品相比,柔性电子在轻便性、生物相容性、可穿戴性、机械稳定性和灵活性等方面展现出极大的优势.而纤维材料作为柔性电子系统的基础结构之一,其具有质量轻、机械柔韧性好、功能性多样的优点,在柔性电子膜、纺织品、可穿戴设备等多个行业中发挥着重要作用.在多种纤维制备方式中,微流控可以实现对微通道流体的精准操控,被证实可以实现多样化结构微纤维的制备.随着理论研究的深入和技术工艺的革新,微流控技术被认为是一种经济而有力的用于制造柔性导电微纤维的工具,并推动了其在柔性电子器件如传感器、储能器等方面的应用.因此,本文首先总结微流控纺丝技术在导电微纤维制备领域的研究进展,包括实心结构、核壳结构及多组分结构微纤维的制备;然后,重点介绍导电微纤维在传感、能量存储、组织工程等柔性电子领域的应用进展;最后,针对导电纤维用于柔性电子领域将面临的挑战和发展方向进行展望.     

单细胞微流控技术研究——医疗检测的革新

细胞是生物体的基本功能单元,它通过内部化学、物理方式维持和感觉外部生理环境.独一无二的生物化学和生物物理特性使细胞能够实现特殊功能,并且适应外部环境.细胞的生理变化是伴随着自身一系列化学物理方面的改变和重组进行的.因此,病理细胞可以通过生物化学和生物物理方法得到识别——病理细胞的生物化学特性已经得到深入的研究,人们也已经研发出许多生物化学标记来从异源群体中识别出目标细胞.     

基于非共沸工质的热力循环三维构建方法初探

热力循环是实现能量转换的重要路径之一,因此提高热力循环的效率仍是现阶段促进能源高效利用的重要举措,同时也是解决能源危机的必经之路.针对目前亚临界热力循环效率较低的现状,本文首先以循环工质为出发点,利用非共沸工质相变过程中组分迁移的特点,通过增加非共沸工质的混合与分离过程,突破单一循环工质对热力循环性能的限制,在传统温-熵分析的基础上增加非共沸工质组分的维度,提出亚临界热力循环三维构建方法.其次,将三维热力循环与传统二维热力循环进行对比,明确热力循环三维构建的优势.最后,针对内燃机余热利用,提出组分可调型有机朗肯循环,阐述了三维构建方法的应用和功能,对三维空间内热力循环相对于传统二维构建方法的优势给出了初步探索结果.     

基于特征基因识别的食源性致病微生物快速检测技术新进展

目前,由食源性致病微生物引发的食品安全问题备受社会的关注.基于特征基因识别的食源性致病微生物的检测方法,由于其识别对象在体外具有稳定且易于扩增等优点,因而特异性和灵敏度较好,其应用范围也越来越广泛.本文综述了近些年基于特征基因识别检测食源性致病微生物的新方法,总结了作者研究小组围绕电化学发光和微流控技术在开展快速检测食源性致病微生物工作中取得的新进展,最后对此类技术的发展方向进行了展望.     

应用信噪比理论分析三维转动角神经网络模型的存储容量

人工神经网络是最近发展起来的十分热门的交叉学科,它涉及到生物、电子、计算机、数学和物理等学科,有着非常广泛的应用前景.本文讨论的是一类多值神经网络模型一一Q态三维转动角神经网络模型的存储容量 该模型是Hopfield神经网络模型、四态复数神经网络模型、复相角神经网络模型和多态四元数神经网络模型的推广,具有一定的理论研究价值;可以在灰度或彩色图像识别中得到应用.     

基于精密测量的再制造零件三维检测技术

三维检测技术是再制造工程中提高产品检测质量和检测效率的有效手段,其关键技术在于测量数据的提取和测量方法的选择以及型面造型,文章针对某装备开发研制的三维检测平台中的关键技术作了探讨.