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新兴开放式微流控用于细胞操纵

期刊综述    2021-09-18 15:40

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研究背景

➣基于流动约束原理,开放式微流控可以控制微尺度液体在开放空间中的运动。外部仪器可访问电路的每个位置,从而可以对任意目标位置(尤其是单细胞/子细胞级别)的细胞进行精确的处理和分析。 ➣得益于其独特的优势,可以轻松实现包括图案化细胞培养,3D组织建模,局部化学刺激,在线细胞因子分析,单细胞采样,部分细胞治疗和亚细胞自由基攻击在内的各种操作。 ➣本文总结了设计开放式微流控的两个基本思想:开放式微流控网络和探针。介绍了目前主流的开放式微流控方法的原理,并介绍了其最新的重要应用。讨论了开放式微流控技术面临的挑战和发展趋势。

 

微流控细胞研究方法:从封闭到开放

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图1. 开放式微流控概述。

➣传统的微流体系统的主体是一个封闭通道网络。样品必须从入口注入微流控芯片进行操作,经过狭窄的微通道才能到达目标腔室。 ➣由于微流控系统无法使用外部设备,很难在微流控电路的任意位置对样品进行选择性的刺激或分析而不影响其上下游单元。通道内的气泡和固体颗粒(堵塞)等杂质也很难去除。 ➣开放式微流控通过打破封闭通道设计“明渠”主要有两种思路:一是去除固体壁面,生成的结构是一个开放的微流控网络;第二种是将通道切成两半,然后将折断的通道向上折叠。 ➣开放式微流控探针通常使用垂直(Z方向),特别适合在单细胞甚至亚细胞水平上进行高精度操作(图1)。

 

 

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图2. 自由式流体(FF)用于细胞培养和刺激。

➣“开放式”表示通道至少一侧不受坚固壁的限制。形成开放通道有两个基本思想:第一个思想是通过设计固体结构来限制液体。 第二种是对基材进行亲水/疏水改性,并且可以将水性样品限制在亲水图案上。 ➣而开放式微流控网络方法具有用户友好性和可扩展性,这意味着研究者/学生可以根据自己的需求设计出不同的新颖时尚。 ➣Walsh等人开发了一种有趣的开放式微流体技术,称为“自由式流体(FF)”。通过在非图形基底上拖动移液管,可以生成FF网络,注入的液体将被另一种不混相液体限制。不依赖于物理结构或亲疏水改性(图2A)。