500元做出来的单细胞操作仪缩略图

500元做出来的单细胞操作仪

最近,一个客户提出了一个实验需求:使用压力控制器和玻璃毛细管来精确可控的完成吸取和释放单个细胞的过程,并寄了一批内径40微米的玻璃毛细管给我们。

我们的测试条件相对简陋,一个三维位移台用来精确控制毛细管末端在培养皿中的位置;一个3D打印的毛细管固定架用来连接玻璃毛细管和三维平移台;一根橡皮筋用来固定玻璃毛细管到毛细管固定架上;一段硅胶管用来连接压力控制器和玻璃毛细管,将压力控制器的输出压力导入到毛细管中;整个显微操作部分的制作,成本大概500元左右。

500元做出来的单细胞操作仪插图

1、压力输出范围:-1 mbar到+1 mbar

2、压力输出范围:-2.5 mbar到+2.5 mbar

3、压力输出范围:-5 mbar到+5 mbar

从结果来看,抽取和释放的液体体积和压力呈简单线性关系,抽取和释放的频率也和压力控制器的设定同步,压力控制器出色的完成了任务。我们的简易微操平台也非常稳定的控制着玻璃毛细管在液体中的位置。

如果换成电动平移台的话,应该可以实现毛细管在孔板和培养基之间的程序化移动,配合吸取和释放细胞的操作,就可以作为一个简单的细胞显微操作仪使用。

这里我由衷的感到伟大祖国制造业的强大,让我们用极低的成本做了一台价格十多万美元的细胞操作仪的事情。

利用微流控技术生产微气泡缩略图

利用微流控技术生产微气泡

微气泡是超声成像常用的造影剂。由于血细胞对超声波散射微弱,导致超声图像对比度很差。为了解决这一问题,微气泡造影剂被开发出来增强声学信号。

为了提高超声成像的对比度和治疗效果,必须严格控制微气泡的大小和表面特性。一个理想的微气泡必须大小均一、不随时间变化。

目前商用的超声造影剂大多由直径小于10 μm的微气泡组成。95%至98%商用的微气泡直径小于5 μm,直径标准差在0.35-0.47 μm之间,浓度一般为108到1010个/毫升。商品化的微气泡通常用磷脂或蛋白质来稳定气液界面,内部通常充满全氟碳气体,如八氟丙烷或六氟化硫,以提高稳定性。

目前最常用的产生微气泡的方法是超声和机械搅拌,这两种方法虽然简单和便宜,但是产生的气泡大小均一性很差,而生成高度均一的微气泡正是微流控技术的优势所在。

1、如何使用微流控技术制作微气泡

目前制作微气泡最成熟的微流控结构仍然是流动聚焦结构,如图1所示。

利用微流控技术生产微气泡插图

图1、经典的流动聚焦结构。中间相为气体相。上下两相为连续液体相。

在产生直径小于10 μm微气泡的微流控结构中,流动聚焦结构是目前应用最广泛的。流动聚焦结构由两侧面的连续相和中间的气体相组成,在V形喷口处气体被连续相的液体剪切产生微气泡,出口通道角度或通道高度(14 μm到28 μm)的变化不影响气泡形成。通过增加连续相流速,降低气体流速与连续相流速的比率,可以产生直径很小的微气泡。

2、如何改变微气泡的大小

在使用流动聚焦结构时,除了气体相和连续相的流速比例外,连续相的粘度也会影响所产生的微气泡的大小,粘度的降低会生成更大的气泡。稳定的微气泡直径通常小于通道的高度,但大于喷口的直径。

改变喷口的尺寸是调整气泡直径的另一种方法。可以通过改变流动聚焦处喷口的尺寸来动态改变微气泡的直径。通过在微流体装置中加入一个压力驱动阀,并在喷口两侧设计可以导入空气的臂,就可以动态的调整喷口尺寸来调整气泡大小(图2a)。增加阀门的气体压力,喷口缩小,产生较小的气泡。降低通入阀门气体压力则可形成更大的气泡。

利用微流控技术生产微气泡插图1 利用微流控技术生产微气泡插图2

图2、a:动态调整喷口的流动聚焦芯片设计;b:通过真空调整微气泡尺寸的微流控结构

另外一种调整微气泡大小的方法是将真空应用于蛇形通道中,由于PDMS具有透气性,气泡中的气体可通过PDMS芯片中的蛇形通道的外壁扩,扩散到旁侧的真空通道中(图2b)。实验表明,在不施加真空时,气泡直径收缩10 μm (95 μm到85 μm),施加真空后气泡的直径缩小到5 μm并可长时间处保持不变。

3、使用微流控技术大规模的生产微气泡

目前实验室使用超声的方法生产微气泡,产量可以达到108个/秒。虽然微流控技术在产生高度均匀的微气泡方面有优势,但生产效率很低,大多数情况下生产率为<104个/秒。

气泡产生装置的平行化可增加了微气泡的生产效率,通过数个甚至数百个流动聚焦装置,可以大幅度的提高生产效率。

另外一种改进的流动聚焦结构具有两种气泡形成机制:气泡流或气泡喷雾(图3)。通过在流动聚焦喷口后宽出口通道和突然加倍通道深度,引入突然的压降来实现的大量微气泡生成。在气泡喷雾状态下,生产速度可以达到106个/秒(235mL/h)。

利用微流控技术生产微气泡插图3

图3、a:气泡流模式;b:气泡喷雾模式

4、微气泡外壳和填充气体的选择:

常用的微气泡的填充气体多为空气或者氮气。由于空气和氮气较易溶于水,长时间后会造成微气泡体积的缩小和气泡融合。目前常用的填充气体为水中溶解度很低的八氟丙烷、全氟丁烷或六氟化硫。

相较而言,外壳成分对微气泡稳定性的影响更大。为了稳定微气泡的气液界面,微气泡的外壳中经常含有高浓度的表面活性剂。这些稳定剂吸附在气泡的表面,阻止气泡融合并减缓气体的溶解。脂类是气泡外壳中最常用的表面活性剂,主要的脂质成分是磷脂,如:

1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)、

1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocho line (DPPC)。

1,2-dioleoyl sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(cap biotinyl) (DOPE-B) 和

1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DSPE) 、

1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phos phate (DPPA)。

用于微气泡的其它稳定剂包括高分子聚合物,如聚环氧乙烷-聚环氧丙烯-聚环氧乙烷((PEO)x-(PPO)y-(PEO)x,也称为Pluronic)。

使用超快速数字PCR系统检测新冠病毒RNA(一篇短评和随想)缩略图

使用超快速数字PCR系统检测新冠病毒RNA(一篇短评和随想)

​在刚刚过去的5月份,Biosensors and Bioelectronics上线了一篇文章”Ultrafast multiplexed detection of SARS-CoV-2 RNA using a rapid droplet digital PCR system” (翻译:使用超快速数字PCR系统检测新冠病毒RNA)。我顿时觉得有必要写点东西介绍下这篇文章了。一是祝贺毛红菊老师和程祖乐博士两位通讯作者,二是纪念一下使用FluidicLab压力控制器发表的第一篇SCI文章。三是纪念一下FluidicLab生产和销售的第一台机器。

这篇文章设计了一个非常巧妙的微流控芯片,通过多级分叉结构高速产生30微米直径的微滴,并在片上大量储存微滴。另外一个就是做了一个高速的升降温系统(主要功能是升温,降温主要靠自发热扩散,控温非常准确,升温速度极快),在5分钟内完成了整个PCR的热扩增过程。从实验结果来看,无论是线性度和灵敏度都可以媲美现在的商品数字PCR系统。如果说还稍有不足的话,那大概就是没有把反转录和后面的荧光检测做到一起了。不过作为方法学研究,这篇文章报道的结果的已经是很大的突破了。

 

回忆起我第一次见到祖乐程博士,当时他应该还在做最早期的技术设计。和程博士聊了一会,大概是两个人都有做国产仪器的热情吧,顿时觉得相见恨晚,大有知己之意。给我留下最深刻的印象是他做验证实验用的那几个巨大的NI数据采集卡,看着这些价值不菲的NI数据采集卡,我的敬仰之情油然而生。这些价格不菲的数据采集卡对于我这种穷人,既是可望而不可及的存在,又颇激起我取而代之的决心。随后我送给他一台我自己组装的压力控制器做测试,那是我生产的第一台压力控制器,外壳是临时用3D打印机打出来的,黑色的外壳上还有3D打印机残余的拉丝,因为变形,几个螺丝也没有拧上,可谓惨不忍睹。但是祖乐兄仍然毫不嫌弃的收下了,经过个把月的测试,决定采购。回想起来,既要感谢祖乐兄的信任,更要佩服他当年的勇气。回想起当时那台机器的样子,换成我,我是断断不敢接受的。

经年过后,带着FluidicLab logo的压力控制器已经销售到了全国各地,祖乐兄也顺利毕业,加入了华为,为中华崛起而奋发有为。回想起18年7月我和祖乐兄相遇于微系统所的那个下午,两个除了满脑子做国产仪器想法一无所有的人,靠着两个氮气钢瓶畅谈如何取代进口设备,仍然恍若眼前。

 

【Ultrafast multiplexed detection of SARS-CoV-2 RNA using a rapid droplet digital PCR system】(翻译:使用超快速数字PCR系统检测新冠病毒RNA)文章链接:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8093165/pdf/main.pdf

如果想试用文章同款压力控制器,可以联系我们。

本文由“FluidicLab流体实验室”出品,转载请注明出处。文中视频已征求论文作者授权。

 

应用微流控技术生成载药型脂质体缩略图

应用微流控技术生成载药型脂质体

脂质体( liposome) 是由磷脂分散在水中时形成的双分子层类球状闭合囊泡,其外壳为磷脂双分子层,内部为水相包裹物。脂质体的直径为几十纳米至数百微米的。常用的载药型脂质体种类如下:
应用微流控技术生成载药型脂质体插图

 脂质体与生物膜有较大的相似性以及组织相融性,在宿主体内可生物降解,无免疫原性;易于被组织吸收,对机体无毒或毒副作用小;有较高的靶向性。由于其独特的性质,脂质体作为载体可以包封和输送DNA/RNA、蛋白质、化学分子或其他功能物质。

脂质体作为药物载体,既具有缓释药物和降低药物毒性功能,又可以提高药物稳定性和对靶向性。而且脂质体载药过程主要为物理过程,不会改变和破坏药物分子结构与活性,且包封的药物可避免体内水解酶的破坏。因此脂质体制备及其作为药物载体的研究。

影响脂质体粒径和单分散性的参数包括脂质体尺寸及分布、磷脂组成、胆固醇含量、荷电性、包裹物性质以及包裹量等。选择合适的脂质体制备方法,可以较好地控制上述因素,从而实现对脂质体性能的控制。

临床应用的脂质体药物载体通常要求尺寸在20 ~ 200 nm 左右,尺寸均一,这种单分散脂质体药物载体可以明显提高药物的生物利用度,避免免疫细胞的清除,减小毒副作用,提高治疗的靶向性。因此制备尺寸均一、大小可控、质量可控的脂质体药物载体对研究药物输送、缓释有着重要的意义。

微流控脂质体制备技术不仅能很好地控制脂质体的尺寸均一性,而且脂质体尺寸大小、药物包封量等都可以通过改变各相流体的流动参数实现精确调控,具有显著优势。常用的微流控技术制备脂质体的方法如下:

01、流体聚焦法

流体聚焦是最常见的微流控脂质体制备方法。流体聚焦法,主要是指连续流制备脂质体。在芯片中间通道引入含二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)和胆固醇的异丙醇溶液作为有机相,两侧通道引入PBS溶液,当三股流体在主通道聚焦时,脂-醇溶液被两侧水相挤压并扩散至水相形成窄的混合溶剂区。当混合溶剂区醇含量低于脂溶解所需的醇含量,磷脂会自组装形成单层小尺寸球形脂质体。脂质体的大小可通过有机相或水相流体流速调控在100-300 nm,单分散性好。

应用微流控技术生成载药型脂质体插图1

 图1、 流动聚焦芯片中的乙醇相和水相。中间流道为乙醇相,上下两侧流道为水相。

流体聚焦制备脂质体具有以下几点优势:

1. 可以精确地控制边界条件,按照需求调控各种物理参数;
2. 可批量制备脂质体;
3. 脂质体尺寸均一、大小可控;
4. 能获得高的包封率; 

为了更好地控制流体特性和所制备脂质体的尺寸,也可以采用一种五个进口、三个出口的微流控结构,水溶性物质直接被两侧的醇相包封,随后形成包封水溶性物质的脂质体,很大程度上减少了包封物质的浪费。

醇相与水相总流速( TFR) 与流速比(水相/醇相=FRR) 对脂质体制备的具有决定性的影响。当TFR比较小时,改变TFR但保持固定的FRR,对脂质体大小和尺寸分布影响不大;当增大FRR时,脂质体的粒径随之减小。使用流体聚焦微流控芯片,并使用不同链长的磷脂酰胆碱( PC)、胆固醇和双十六烷基磷酸( DCP) 作为制备脂质体的组分,当FRR一定时,TFR的增加会导致脂质体的增大,而且FRR数值越小,脂质体增大越明显。研究表明微流控芯片通道尺寸、深度以及几何形状对制备的脂质体性能没有显著影响,不同的芯片结构、通道尺寸以及流体聚焦模式都可以产生尺寸相似的脂质体。但通道尺寸和深度较大的芯片易于制作和操控,且制备通量更高,有利于实际应用。

通过对三进口流体聚焦型、Y型以及微混合器型等三种不同结构的芯片并从微流体通道尺寸、进口通道之间角度、芯片材料、制备方法等方面的研究发现,脂组分浓度、乙醇含量、脂组成、FR 变化等对制备的脂质体都有很大的影响。脂组分浓度的增加导致制备的脂质体粒径明显增大,而乙醇含量的影响正好相反。中性脂组分制备的脂质体粒径明显大于带正电的脂组分制备的脂质体。增大FR使脂质体的粒径变小。

温度对脂质体尺寸影响极为显著,较高温度制备的脂质体尺寸明显小于室温制备的脂质体。在醇-脂体系中,温度对脂质体的制备影响较大。

虽然二维流体聚焦对制备脂质体的分散性和尺寸大小能极好地控制,但是作为商业化手段来实现脂质体的制备仍然面临制备通量低的问题。基于此,研究者开发了三维同轴聚焦技术。

应用微流控技术生成载药型脂质体插图2

 图2、 (a) 三维流动聚焦脂质体制备设备示意图; (b) 二维流动聚焦与三维流动聚焦对制备脂质体的影响; (c) 三维流动聚焦设备PEEK管内径大小对制备脂质体的影响; (d) 不同FR对脂质体制备的影响。

利用如图2所示结构,使用核-环形毛细管阵列平台形成三维流体聚焦,在连续流状态下直接制备纳米脂质体。由于多个核-环结构毛细管组成阵列,脂质体的制备效率是二维流体聚焦制备方法的10000 倍,且制备的脂质体尺寸可调,呈高度单分散性。这主要是因为在三维流动聚焦装置中,含脂的醇溶液能快速扩散至水相中。图2a是环形毛细管阵列三维流动聚焦设备示意图,中间是一根用于引入脂-醇溶液的窄口PEEK圆形毛细管,窄口毛细管周围是引入水相的玻璃毛细管阵列。在制备脂质体的时候,中间毛细管持续引入的脂-醇溶液在周围玻璃毛细管引入的水相作用下形成三维流体聚焦,并迅速扩散至水溶液中自组装形成脂质体。

02、双乳化微滴法

双乳化微滴法是一种有效制备巨型脂质体的方法。

应用微流控技术生成载药型脂质体插图3

图3、 (a) 双乳化制备脂质体芯片示意图; (b) 中间溶脂有机相中通过界面脱湿过程自发形成脂质体和辛醇液滴; (c) 脂质体和辛醇微滴通过分离孔进行分离。

水-油-水( W / O / W) 双层微乳液滴法已经作为一种高效、方便的技术用于制备单分散的GUV。通常,油相为挥发性的有机溶剂,促使单层脂分布在水-油界面形成双层脂膜,排列成双层微乳,通过溶剂萃取,W / O / W 双层微乳形成脂质体( 如图3b)。Siddharth Deshpande等使用微流控平台产生双层微乳,并自发组装成GUV。 他们使用局部改性的PDMS微流控芯片制备出单分散性和稳定性俱佳的 W / O / W 双层微乳液滴。通过各相流体流量可以方便地控制双层微乳液滴的尺寸,从而得到尺寸均一、分散稳定的双层微乳液滴,进一步得到单分散的巨型脂质体。

微流控液滴法能避免诸如包封率低、非生理性环境和多分散性等难题。微流控液滴具有更大的比表面积,相比较连续流流体聚焦能够更好地控制形成的脂质体的大小和均一性,而且有很高的包封率。但是以微乳为基础的微流控液滴制备方法最大的缺陷就是需要使用与水不相混溶的有机溶剂(包括油残留或表面活性剂),而此类溶剂通常毒性较大,较难从脂质体体系中清除,并且降解活性成分,因此可能导致脂质体有毒, 从而对人体健康产生潜在风险。

03、微混合器法

应用微流控技术生成载药型脂质体插图4

流速是脂质体制备中一个非常关键的影响因素。Maeki 等设计了如图 9 所示的交叉鱼骨形微混合器的微流控芯片结构,并研究了混合器结构不同( 即混合单元数不同)、FR 不同以及醇水溶液汇合处与混合器之间距离不同对制备的脂质体的影响。研究发现混合器混合单元数目和FR大小是制备纳米脂质体的关键因素,FR由小逐渐增加至中等数值时,混合器对纳米脂质体粒径大小的影响比较明显。同时第一个混合单元的位置对于制备纳米脂质体也存在一定的影响。他们推测要形成小粒径纳米脂质体的本质是快速降低乙醇浓度至其临界浓度。利用交叉人字形微混合器结构可以高通量制备由促融脂二油酰基磷脂酰乙醇胺( DOPE) 和阳离子脂(2,3-二油氧基丙基) 三甲基氯化铵( DOTAP ) 组成的单分散阳离子纳米脂质体。制备的阳离子脂质体不仅转染效率高、重复性好,粒径尺寸和分散性则可以通过调节总流速及FR得到很好地控制。

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用缩略图

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用

纳米颗粒是指粒径小于100 nm的颗粒。纳米颗粒的主要成分是碳、金属、金属氧化物和有机物。纳米颗粒在药物递送、成像和生物传感等领域显示了巨大的应用潜力。由于拥有很大的表面积/体积比,纳米颗粒表现出许多独特的特性。由于纳米颗粒的理化性质主要取决于其大小和形态,合成具有可控大小和形状的纳米颗粒就显得格外重要。微流控技术可以更精确的控制纳米颗粒的大小和形状,合成的纳米颗粒粒径分布也更窄,因此在微流控器件中合成纳米颗粒比传统合成工艺更具优势。本文将概述使用微流控芯片合成纳米颗粒的方法,以及较传统合成方法的优势。

传统合成纳米颗粒的方法

传统合成纳米颗粒的方法有两种:“自下而上”的方法如沉淀、溶胶-凝胶和热解,或者“自上而下”方法如机械研磨、纳米光刻和热分解。纳米颗粒的形成过程可以分为以下几个阶段:通过物理激活/混合起始反应、颗粒成核、颗粒生长和颗粒形成。通过改变反应参数和条件,可以形成合适大小和形态的纳米颗粒。由于宏观反应中的反应条件随机波动大,批量反应中颗粒混合和分离更加困难,控制反应条件在技术上格外具有挑战性。直接后果就是纳米颗粒粒径不均一和批次差异大。这些问题的存在,都推动了微流控技术在该领域的应用发展。

微流控技术生产纳米颗粒

微流控器件可以高度重复和高通量的方式制备纳米颗粒。微流控芯片可以操控微米尺度通道中的流体,被广泛应用于纳米技术领域。微流控芯片中的微反应器通常是管状结构,内部尺寸通常小于一毫米,纳米颗粒的合成在微反应器中进行。微流控芯片通常用高分子聚合物,如PDMS或玻璃制成。多篇发表文献已经表明,使用微流控装置可大幅度提高反应得率,并改善粒径和形状分布。用微流控系统[6]也可以合成各种形状的非球形颗粒。

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用插图

图1、纳米颗粒合成方法的示意图。(a)批量法;(b)单相流;(c)气液多相流;(d)液液多相流。Ma et al. “Controllable synthesis of functional nanoparticles by microfluidic platforms for biomedical applications”

 

可应用于纳米颗粒合成的微流控系统分为两类:

单相连续流体系统

多相流体系统

1、单相连续流体系统

单相连续流系统是第一种成功合成纳米颗粒的微流控装置。各种类型的纳米颗粒,如胶体金、量子点和脂质体,均可在单相系统中通过自组装和纳米沉淀制备出来。

在单相系统中,单一流体或多个流体形成的连续层流流过微反应器,成核和生长均在微反应器中发生。单相系统确保了整个反应的条件均一,反应物能够快速扩散和混合。在微流控芯片中,反应物混合主要通过层流扩散,通过控制微流控芯片中通道的几何形状可以用来精确地控制混合和反应时间,从而高度重复地形成预期尺寸和形状的纳米颗粒。单相系统允许在连续反应或多步反应过程中添加试剂,提供了反应条件控制的灵活性。反应的放大也较为直接,通过在同一芯片上同时进行多个反应既可提高产量。

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用插图1

图2、单向连续流反应体系。Wang et al. ”A rapid pathway toward a superb gene delivery system: programming structural and functional diversity into a supramolecular nanoparticle library”

2、多相反应体系

具有多相流的微流控装置,也被称为分段流或液滴微流控。它由两种或几种不可混溶流体形成分散段。流动相可以是液体(通常是油/水或水/油体系)或者气体。分散段作为小的单独反应室,当分散段在微流控芯片通道内移动时,在每个段内均发生混合和反应。与单相系统一样,微通道的几何形状可被设计来优化混合和反应时间。液滴的体积通常在皮升左右,小的反应体积有利于高效的热交换和提高反应速度。

反应在空间上进行隔离降低了相互污染和通道堵塞的风险,也提高了合成的重复性。但是,在需要多步反应和连续修饰的时候,因为很难在封装的液滴中添加试剂,所以多相系统不如单相系统灵活。与单相系统一样,多相系统也可以通过并行以增加产量。

应用微流控技术生产纳米颗粒的优劣比较

与传统合成技术相比,微流控系统在合成纳米颗粒时有以下几个优点。具体优缺点如下:

优势:

缺点和挑战:

高重复性

存在污染和通道堵塞的风险

试剂消耗量较低

纳米颗粒可以通过PDMS扩散

方便控制实验参数

自动化比较困难

混合效果更好

复杂的设备设计

方便集成传感单元和反馈控制

有时需要特殊设计

减少了合成时间

空间分离

在微流控的流动体系中,成核、生长和形成过程可以在空间上分离,从而发生在不同的地方;而在传统方法合成中,这些步骤同时发生在反应釜中。在传统合成反应中,由于缺乏颗粒的充分混合和分离,团聚的发生几乎不可避免,导致合成除的颗粒的尺寸和形状更不均一。在微流控装置中将各个反应步骤在空间上分离的另一个优势是,装置的每个部分都可以优化设计成适于那里发生反应的条件,从而有利于实现高反应率和放大生产。

反应参数的微调

在微流控系统中,可以方便地控制温度、pH、试剂浓度和流速等各种实验参数并进行微调,以合成期望特性的纳米颗粒。由于微流控器件的尺寸较小,可以快速改变温度等反应条件。灵活快速的改变反应参数可以更好地控制反应,并可以快速筛选并找到最佳的反应条件。微流控器件也为传感器集成和实时反馈,从而完成过程优化和在线表征提供了新的可能。

常用的微流控混合

被动和主动混合是微流控装置中纳米颗粒形成的关键步骤。由于大多数微流控装置中液体流动都呈层流,混合主要靠层流之间的扩散。连续微流控通道中的样品的混合时间可用以下公式近似计算:

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用插图2

其中w是通道宽度,D是中心流中溶剂的扩散率,R是中心流速与周围流的流速之比。因此,混合时间可以通过适当的芯片设计和控制流速来控制。为了提高混合性能,单相系统通常由T形、Y形、同轴管、流动聚焦、鱼骨形混合器和微混合反应器等结构组成。其中一些混合技术如图4所示。

微流控技术在纳米颗粒合成中的应用插图3

图3。常用微流控混合技术(a)Y型微流控装置。T形微流控装置。(c)流动聚焦装置(d)鱼骨形微混合器。

微流体系统作为高度可控的纳米颗粒的平台,已显示出巨大的潜力。 应用微流控技术合成的纳米颗粒质量更高,有望加速纳米颗粒在生物医学应用中的研究。 微流体合成纳米颗粒的挑战在于如何将概念验证转化为临床和工业应用。 在应用的过程中,还必须解决制造、自动化和通道堵塞方面的挑战。 尽管如此,微流体技术在解决当前的一些技术挑战,大规模、高性价比的纳米颗粒合成的发展方面仍具有巨大的潜力和广阔的前途。

 

友情备注:

FluidicLab提供标准的流动聚焦和鱼骨形微混合器,并提供完整的流体控制方案。如有需要,敬请垂询。

五分钟完成微滴生成实验 — FluidicLab微滴生成平台介绍缩略图

五分钟完成微滴生成实验 — FluidicLab微滴生成平台介绍

你的微滴实验是否遇到这些问题?
* PDMS芯片出口插拔几次就漏液,芯片用几次就报废!
* 管路连接既复杂又不可靠!
* 微滴的大小不稳定,重复性差!
* 大量制备微滴更是困难重重!
* 和其它设备联合使用更是难上加难!
* 想开展相关实验,厂家不仅没技术支持,连试用都没有!‍‍‍

为了祖国建设事业献身,都快熬秃了头的科研工作者们,成果丰硕的2020年过去了,更加辉煌的2021年已经来到,日新月异的创新技术让我们的工作生活越来越顺利,大家首先感受一下FluidicLab的微滴生成平台给我们带来的惊喜,你的微滴实验困扰,FluidicLab微滴生成平台都懂!

五分钟完成微滴生成实验 — FluidicLab微滴生成平台介绍插图
图一、FluidicLab的微滴生成平台

FluidicLab的微滴生成平台能够生成均一性高、重复性好、速率快和粒径大小的液滴。更重要的是,他们采用的是流速反馈调节技术,与传统的方法相比,在稳定性方面好的可不是一点点儿啊。
不仅如此,FluidicLab还可以根据需求定制芯片(玻璃、PDMS材质)和夹具(铝合金、不锈钢)及其他技术支持服务。
FluidicLab技术团队拥有生产水凝胶微球(包括海藻酸钠、聚丙烯酰胺、琼脂糖)的丰富经验,从设备、芯片到试剂,可提供完善的一站式服务。
在微液滴生成领域,FluidicLab已为清华大学,北京大学,西安交大等全国各大高校及相关医疗生物企业解决了大量技术问题,现已在国内拥有500多家用户。

关键是(重要的事情说三遍):
FluidicLab提供为期两周的免费试用,不限名额,随到随领。
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未来FluidicLab Suite软件中将会加入更多的微滴分析功能,敬请期待。

如果您的微滴实验有困扰,欢迎与FluidicLab官方联系,把您的需求发到support@fluidiclab.com邮箱,FluidicLab将竭诚为您分忧!

视频一、FluidicLab微滴生成平台生成油包水微滴实验操作

视频二、油包水微滴生成高清图

下面是FluidicLab微滴生成平台生成油包水微滴实验的简单操作文字说明:
首先,将含有表面活性剂的流动相加入储液池中,将分散相加入另一储液池中,分别与压力控制器的通道1和通道2连接。
取出玻璃芯片放入夹具中,置于显微镜下。操作FluidicLab软件,给两个通道一定的压力(例如,通道1为250 mbar, 通道2为200 mbar)排出管道及芯片中的空气。
待空气排除完毕后,操作FluidicLab软件利用流量反馈调节,控制两通道流速(流动相为1.00 μL/min,分散相为0.5 μL/min),可以生成均匀的微液滴。增加流动相流速为2.00 μL/min,降低分散相的流速为0.4 μL/min,可以生成较小的微液滴。增加流动相流速为4.00 μL/min,增加分散相流速为1.00 μL/min,可以加快微液滴的生成。

微流控应用:使用微柱芯片研究细胞3D微环境中的细胞迁移行为缩略图

微流控应用:使用微柱芯片研究细胞3D微环境中的细胞迁移行为

1. 方法介绍:
细胞迁移是基本的细胞活动。细胞在由细胞和胞外基质组成的微环境中进行迁移。细胞在迁移过程中,面临的环境存在很大差别。例如免疫细胞在淋巴结中迁移会遇到排列紧密的细胞,但是在细胞间隙中迁移时主要面对稀疏的胞外基质。虽然细胞迁移行为存在组织差异性,但一致的一点是细胞迁移面临的都是三维的多细胞微环境。
目前研究细胞迁移的实验主要在简化的2D、体外模拟3D(例如胶原蛋白基质)或体内环境进行。虽然体内实验可以反映真实的生理反应,但是这些实验无法精确地操控细胞外环境参数,限制了其广泛应用;另外体外实验也对长期和精细观察细胞行为提出了挑战。2D体外实验可以很方便的进行机械和化学操作,但越来越多的实验证据证明了2D和3D环境中细胞迁移机制存在巨大差异。例如2D平面环境中的细胞迁移严格取决于细胞是否粘附至基质表面,但是细胞在两个表面之间的迁移则可完全不依赖于粘附力。
和体外2D环境中细胞迁移行为不同的是,体内细胞在迁移过程中会受到各种限制,而且还会通过不同几何形状和拓扑结构的孔径。
微柱芯片忠实地模拟了这些3D细胞外环境参数,不仅将细胞限制在两个表面之间,而且细胞在迁移过程中也会遇到立柱(图一)。微柱芯片模仿了扁平化的3D细胞环境,通过调整立柱形状、立柱间距和立柱排布,可以把形貌、几何形状、孔径大小等因素对细胞迁移的影响独立加以研究。微柱芯片也可很方便的与趋化分析或先进成像技术结合,对细胞内的分子变化进行研究,微柱芯片结合了2D细胞迁移实验的优势,又可精确控制3D微环境的参数,是一项研究细胞迁移的有力武器。

微流控应用:使用微柱芯片研究细胞3D微环境中的细胞迁移行为插图

图一:使用微柱芯片来研究复杂3D环境中的细胞迁移行为

已经被证明可以使用微柱芯片对其研究的细胞类型包括:树突状细胞(DC)、免疫细胞(中性粒细胞,T细胞,巨噬细胞),癌细胞(HT1080),间质细胞(成纤维细胞)和鱼角化细胞。

 

2. 实验方法简介:
微柱芯片芯片尺寸为毫米级(例如3×9 mm),通过微米尺寸的聚二甲基硅氧烷(PDMS)立柱阵列连接两个表面(图1),一面为PDMS,一面为载玻片或者盖玻片。相对较大的尺寸允许较大的进样孔,以方便后续对细胞进行操作。
从进样孔加入细胞后,细胞开始迁移入微柱芯片。通过调整立柱的形状、尺寸、间距、立柱的几何排列,我们可以研究不同的细胞生物学问题(图一D)。
主要实验步骤包括:
1. 制作SU-8模板。
2. 使用SU-8负模生产PDMS芯片。
3 将PDMS芯片和载玻片键合,生成微柱芯片芯片。
4. 对芯片进行表面修饰。
5. 细胞培养。
通常,可以使用常规的图像分析软件来分析细胞迁移参数。常用的免费图像分析软件Fiji(及其插件TrackMate)可通过标记的细胞核跟踪细胞以确定其平均速度。

 

3. 结论:
微柱芯片作为细胞3D微环境的一种简化模型,可以全面控制环境的各种参数。芯片的平面结构又为精确分析细胞行为,例如迁移参数、形状动力学、分子定位提供了非常有利的观测条件(图1和2)。
微流控应用:使用微柱芯片研究细胞3D微环境中的细胞迁移行为插图1
图二:不同细胞在微柱芯片中的迁移行为

使用微柱芯片芯片得到的细胞迁移参数(例如迁移速度和细胞形状),和细胞在胶原蛋白基质中实验得到的结果非常类似,因此微柱芯片芯片可以作为胶原蛋白基质的替代解决方案。在多种细胞中的实验均证明了微柱芯片可广泛适用于研究各种细胞类型的迁徙。该技术也可用于细胞分裂、细胞竞争,细胞分化和细胞外物质摄取的研究。
(A)微柱芯片的结构示意
(B) 微柱芯片的俯视图
(C) 微柱芯片的侧视图,已经使用微柱芯片进行细胞在化学引诱剂的作用下研究细胞迁移行为
(D) 采用多种几何形状的微柱芯片设计(红色:正方形和三角形排布的微柱;绿色:原型微柱和方形微柱;紫色:不同大小的圆形微柱