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热门关键词: 电子测量  生物微流控  等离子表面处理设备   薄膜分析设备  单细胞操纵分析    生物微流控

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微流控实验室

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微流控实验室

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生物微流控系统解决方案

 

Manz等(1990)首次提出以微电子机械系统技术为基础的 “微型全分析系统 (micro total analysis systems, μTAS)” 概念,标志着微流控研究开始真正获得重视并进入快速发展的阶段。这些系统最早用于化学分析,后来随着应用领域的扩展,“微流控芯片 (microfluidic chip)”、“芯片实验室 (lab on a chip)” 和含义更广的 “微流控器件 (microfluidic device)” 成为更通用的说法。微流控器件利用结构各异的微通道和形式多样的外加力场,对微量流体或样品在微观尺度上进行精确操纵、处理与控制,从而将传统实验室的部分乃至全部功能,包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在一次性或可多次重复使用的微芯片上。相比于传统方法,微流控器件具有低成本、低能耗、易自动化、快速灵活、高便携性等优势,直接面对社会各行各业的实际需求,在疾病诊断、细胞研究、药物筛选、环境监测、绿色能源、材料合成等各个领域开展应用并展示出广阔前景。

生物微流控系统平台集成了光学显微镜、生物芯片、微流体泵、微流体流速控制、电阻抗分析及用于图像分析的电脑等。该系统平台能够完成细胞滚动/粘附、细胞迁移、细胞分选、细胞运动轨迹跟踪、细胞数目统计分析等细胞分析及高通量细胞筛选分析。

目前,常见生物微流控系统平台主要有CorSolutions系统、Cellix半自动系统、LabSmith测试系统及自定制微流控系统。

 

 

(1)CorSolutions微流控系统

 

 

CorSolutions微流控系统主要包括微流体泵(蠕动泵或气动泵)、光学显微镜(尼康体视显微镜)、微流体探针台、微流体探针、注射阀、微流体流量计、嵌套适配器夹具、带有摄像头的显示器等。

CorSolutions微流控系统配置电阻抗测试系统可完成细胞的光学及电学性能分析。电阻抗测试系统可由HF2IS阻抗谱和HF2TA或HF2CA前置放大器构成。电阻抗测试系统可实现单细胞的测量及统计分析。

根据个人研究目的的不同,可适当更换部分微流控部件,如蠕动泵、尼康体视显微镜、流量计等。

 

 

(2)Cellix半自动微流控系统

Cellix VenaFlux半自动微流控系统标准平台主要包括Mirus Evo纳米泵和Kima泵、配有手动样品台和数字摄像头的Zeiss Axio Vert A1荧光倒置显微镜、用于生物芯片加热的微环境腔室(控制生物芯片的温度和酸碱度)、生物芯片、Image-Pro Premier细胞分析软件、与Zeiss显微镜兼容的生物芯片框架、用于Mirus Evo和数字摄像头的VenaFluxAssay集成软件及装有细胞图像分析软件的电脑等。

VenaFlux半自动微流控系统平台的主要特性

· 强大和易于使用

· 非常适用于全血的血小板粘附、聚集和血栓形成的研究及随时间变化的生物膜培养研究。

· 便于研究细胞粘附、迁移和轮回——比静态实验更多的生理相关的实验研究。

· 适合于体外研究和依动物模型进行的实验研究

VenaFlux半自动微流控系统平台的主要应用

· 功能性细胞配体和细胞-细胞相互作用研究

· 细胞粘附和迁移的形貌分析

· 流动、滚动和迁移细胞的跟踪

· 临床前药物开发和优化

 

根据个人实验研究目的的不同,可适当更换部分微流控部件,如Mirus Evo纳米泵和Kima泵、蔡司显微镜、生物芯片等。

 

 

(3)LabSmith测试系统

Labsmith微流控综合实验台是目前市场上功能最全面、性价比最高的微流控实验系统,它既包括了注射泵、高压电泳进样系统,也包含了一套专业订制的微通道显微成像系统,同时涵盖了进样控制阀、储液器等装置,可以满足研究人员微流控或纳流控相关的实验

Labsmith微流控综合实验台可以通过计算机及软件实现对微流控实验的全自动控制,极大简化了微流控实验系统,提高实验结果的重复性及可靠性。

功能特色

• 一体化

所有部件紧凑的集成整体系统,节省实验空间;

• 自动化

软件整体控制,也可通过labview进行编程控制,方便自如;

• 多功能化

 

一套系统可完成多种实验,如机械驱动进样,高压驱动进样,选择进样以及成像分析。

 

 

(4)自定制微流控系统

生物微流控系统平台在一定程度上可以看成是一个由多个不同的部件组合而成的系统平台,该系统平台主要包括四大部分:进样系统、控制系统、生物芯片及分析系统。下面就微流控系统平台的四大部分做简要介绍。

进样系统:

· 带有传感器和PID控制的注射泵

· 带有传感器和PID控制的蠕动泵或气动泵

· 带有传感器和PID控制的压力驱动泵

· 电驱动(电场力驱动)

控制系统:

· 流量计

· 流量平台(Flow Rate Platform,FRP,法国Fluigent)

· 其他测量微流体流速的仪器

生物芯片:

生物芯片的主要材质有:玻璃、硅、石英、聚合物(PDMS、PMMA)等。

根据研究目的的不同,生物芯片通道表面需要做不同程度的处理,如亲水或疏水处理、螯合Cu2+处理及生物蛋白处理等。

此外,微流控芯片依据不同的用途又可分为液滴产生芯片、流速细胞芯片、微混合器芯片、微反应器芯片、电阻抗谱芯片等。

对于某些特殊需求的芯片,如3D芯片通道、弯曲芯片通道、大宽度的芯片沟道等,均可实现定制需求。

分析系统:

· 电学分析:

· 电化学阻抗分析——单细胞测量和计数

· HF2IS、HF2TA或HF2CA、流体连接PRO芯片夹具(micronit公司)

· 光学分析:

· 体视显微镜或荧光显微镜——蔡司、尼康、徕卡、奥林巴斯。

· 荧光检测——细胞的生长和活动状况、细胞膜和细胞组分的研究等

· 化学发光和生物发光检测——发光强度可用于确定分析物的浓度,灵敏度和选择性高、线性反应范围宽,利于对分析物的定量分析。仅适用于特定化学发光试剂和细胞的研究。

· 拉曼检测——适用于对细胞及其生物分子的实时监测。

· 折射率检测——避免了荧光标记和化学修饰对细胞的影响,适于对细胞自然状态的检测。该检测对激光光源及对外部条件如温度、压力和流速的控制要求很高,特殊光学检测结构的设计及光纤等的应用使得微流控折射率检测系统更接近于芯片实验室的概念。

· 热透镜显微检测——可对单个细胞无创、实时检测。

· 表面等离子激元共振检测——可对界面上生物分子相互作用的无标记实时监测,通过对生物反应过程中表面等离子激元共振的动态变化监测获取生物分子相互作用的特异信号。检测对象一般是具有配体和受体特异性结合性质的核算、蛋白质、酶及抗体等生物分子,尤其适合对免疫反应的过程监测和定量分析,这对分子特异反应的实时监测也用于细胞的检测和传感。

 

综上所述,生物微流控系统平台主要包括四大部分,但是却没有一个标准的解决方案。因此,用户可根据研究目的需要而选择合适的微流控部件,最后,将各部件组装在一起便构成了一套微流控系统解决方案。