微流控細胞芯片的微型化與集成化
微流控芯片的最顯著特征之一在于微型化,其主要體現在微流控芯片和微米級管道的空間尺度,以及其對研究對象的處理與測水平。首先,微流控芯片尺寸較小。目前使用的芯片大小為數cm。其次,在微流控芯片內進行的樣品處理量都在mL, nL,甚pL級。微流控芯片內開展的微量實驗操作在物質消耗方面顯示出了很大的優勢,尤其是在處理某些珍貴的樣品和試劑的過程中。第三,微流控芯片具有低能量消耗的特點,這主要是基于其可微量操作性。此外,微流控芯片對物質研究,采取微區域界面處理模式,極大提高了對研究對象的可控制性,特別是針對細胞的操作。
隨著微機電加工技術(Microelectromechanicalsystems,MEMS)的發展,微流控芯片進入了一個迅速發展的時期,各種基于微流控芯片的操作技術單元不斷涌現。與傳統的實驗室操作相比,盡管這種微型化操作顯示出許多突出的優勢(如便攜、廉價、操作簡單、樣品消耗低等),然而單一芯片操作單元并不能滿足常規研究操作系列化的需求。
作為微流控芯片的主要特征,各種技術單元的功能組合與集成,有利于開展各種高通量和系列化操作與實驗研究。近年來,隨著各種單元操作技術的日臻成熟,大規模集成化已成為微流控芯片技術發展的趨勢之一。以此為技術支撐,研究人員已構建出了許多前沿性的芯片分析平臺。在細胞生物學研究領域,微流控芯片技術的滲透,極大地提高了細胞操控與分析能力的連續性。例如，之前研究員建立了一種多功能、自動化細胞培養集成微流控系統。該系統提供了96個獨立的細胞培養單元,能夠分別控制細胞培養條件,包括細胞接種密度、培養液組成成分和營養供給時間,以及細胞影像操作。還有研究員構建了一種開展單細胞全基因分子單體型分析的集成微流控芯片系統。該系統實現了單細胞定位、蛋白酶解與染色體釋放、單個染色體的分離、分配與擴增等一系列操作功能的集成。以上研究進展表明了芯片系統對活細胞時空控制培養與分析的可行性。因此,集成微流控芯片技術以更加優秀的時間與空間控制、實時監測與操作能力,在諸多研究領域得到廣泛應用。
圖為：集成微流控芯片用于單細胞中期染色體擴增
標簽: 微流控細胞芯片 微型化 集成化 細胞芯片
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