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熱門關鍵詞: 電子測量  生物微流控  等離子表面處理設備   薄膜分析設備  單細胞操縱分析    生物微流控

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微流控實驗室

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微流控實驗室

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生物微流控系統解決方案

 

Manz等(1990)首次提出以微電子機械系統技術為基礎的 “微型全分析系統 (micro total analysis systems, μTAS)” 概念,標志著微流控研究開始真正獲得重視并進入快速發展的階段。這些系統最早用于化學分析,后來隨著應用領域的擴展,“微流控芯片 (microfluidic chip)”、“芯片實驗室 (lab on a chip)” 和含義更廣的 “微流控器件 (microfluidic device)” 成為更通用的說法。微流控器件利用結構各異的微通道和形式多樣的外加力場,對微量流體或樣品在微觀尺度上進行精確操縱、處理與控制,從而將傳統實驗室的部分乃至全部功能,包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在一次性或可多次重復使用的微芯片上。相比于傳統方法,微流控器件具有低成本、低能耗、易自動化、快速靈活、高便攜性等優勢,直接面對社會各行各業的實際需求,在疾病診斷、細胞研究、藥物篩選、環境監測、綠色能源、材料合成等各個領域開展應用并展示出廣闊前景。

生物微流控系統平臺集成了光學顯微鏡、生物芯片、微流體泵、微流體流速控制、電阻抗分析及用于圖像分析的電腦等。該系統平臺能夠完成細胞滾動/粘附、細胞遷移、細胞分選、細胞運動軌跡跟蹤、細胞數目統計分析等細胞分析及高通量細胞篩選分析。

目前,常見生物微流控系統平臺主要有CorSolutions系統、Cellix半自動系統、LabSmith測試系統及自定制微流控系統。

 

 

(1)CorSolutions微流控系統

 

 

CorSolutions微流控系統主要包括微流體泵(蠕動泵或氣動泵)、光學顯微鏡(尼康體視顯微鏡)、微流體探針臺、微流體探針、注射閥、微流體流量計、嵌套適配器夾具、帶有攝像頭的顯示器等。

CorSolutions微流控系統配置電阻抗測試系統可完成細胞的光學及電學性能分析。電阻抗測試系統可由HF2IS阻抗譜和HF2TA或HF2CA前置放大器構成。電阻抗測試系統可實現單細胞的測量及統計分析。

根據個人研究目的的不同,可適當更換部分微流控部件,如蠕動泵、尼康體視顯微鏡、流量計等。

 

 

(2)Cellix半自動微流控系統

Cellix VenaFlux半自動微流控系統標準平臺主要包括Mirus Evo納米泵和Kima泵、配有手動樣品臺和數字攝像頭的Zeiss Axio Vert A1熒光倒置顯微鏡、用于生物芯片加熱的微環境腔室(控制生物芯片的溫度和酸堿度)、生物芯片、Image-Pro Premier細胞分析軟件、與Zeiss顯微鏡兼容的生物芯片框架、用于Mirus Evo和數字攝像頭的VenaFluxAssay集成軟件及裝有細胞圖像分析軟件的電腦等。

VenaFlux半自動微流控系統平臺的主要特性

· 強大和易于使用

· 非常適用于全血的血小板粘附、聚集和血栓形成的研究及隨時間變化的生物膜培養研究。

· 便于研究細胞粘附、遷移和輪回——比靜態實驗更多的生理相關的實驗研究。

· 適合于體外研究和依動物模型進行的實驗研究

VenaFlux半自動微流控系統平臺的主要應用

· 功能性細胞配體和細胞-細胞相互作用研究

· 細胞粘附和遷移的形貌分析

· 流動、滾動和遷移細胞的跟蹤

· 臨床前藥物開發和優化

 

根據個人實驗研究目的的不同,可適當更換部分微流控部件,如Mirus Evo納米泵和Kima泵、蔡司顯微鏡、生物芯片等。

 

 

(3)LabSmith測試系統

Labsmith微流控綜合實驗臺是目前市場上功能最全面、性價比最高的微流控實驗系統,它既包括了注射泵、高壓電泳進樣系統,也包含了一套專業訂制的微通道顯微成像系統,同時涵蓋了進樣控制閥、儲液器等裝置,可以滿足研究人員微流控或納流控相關的實驗

Labsmith微流控綜合實驗臺可以通過計算機及軟件實現對微流控實驗的全自動控制,極大簡化了微流控實驗系統,提高實驗結果的重復性及可靠性。

功能特色

? 一體化

所有部件緊湊的集成整體系統,節省實驗空間;

? 自動化

軟件整體控制,也可通過labview進行編程控制,方便自如;

? 多功能化

 

一套系統可完成多種實驗,如機械驅動進樣,高壓驅動進樣,選擇進樣以及成像分析。

 

 

(4)自定制微流控系統

生物微流控系統平臺在一定程度上可以看成是一個由多個不同的部件組合而成的系統平臺,該系統平臺主要包括四大部分:進樣系統、控制系統、生物芯片及分析系統。下面就微流控系統平臺的四大部分做簡要介紹。

進樣系統:

· 帶有傳感器和PID控制的注射泵

· 帶有傳感器和PID控制的蠕動泵或氣動泵

· 帶有傳感器和PID控制的壓力驅動泵

· 電驅動(電場力驅動)

控制系統:

· 流量計

· 流量平臺(Flow Rate Platform,FRP,法國Fluigent)

· 其他測量微流體流速的儀器

生物芯片:

生物芯片的主要材質有:玻璃、硅、石英、聚合物(PDMS、PMMA)等。

根據研究目的的不同,生物芯片通道表面需要做不同程度的處理,如親水或疏水處理、螯合Cu2+處理及生物蛋白處理等。

此外,微流控芯片依據不同的用途又可分為液滴產生芯片、流速細胞芯片、微混合器芯片、微反應器芯片、電阻抗譜芯片等。

對于某些特殊需求的芯片,如3D芯片通道、彎曲芯片通道、大寬度的芯片溝道等,均可實現定制需求。

分析系統:

· 電學分析:

· 電化學阻抗分析——單細胞測量和計數

· HF2IS、HF2TA或HF2CA、流體連接PRO芯片夾具(micronit公司)

· 光學分析:

· 體視顯微鏡或熒光顯微鏡——蔡司、尼康、徠卡、奧林巴斯。

· 熒光檢測——細胞的生長和活動狀況、細胞膜和細胞組分的研究等

· 化學發光和生物發光檢測——發光強度可用于確定分析物的濃度,靈敏度和選擇性高、線性反應范圍寬,利于對分析物的定量分析。僅適用于特定化學發光試劑和細胞的研究。

· 拉曼檢測——適用于對細胞及其生物分子的實時監測。

· 折射率檢測——避免了熒光標記和化學修飾對細胞的影響,適于對細胞自然狀態的檢測。該檢測對激光光源及對外部條件如溫度、壓力和流速的控制要求很高,特殊光學檢測結構的設計及光纖等的應用使得微流控折射率檢測系統更接近于芯片實驗室的概念。

· 熱透鏡顯微檢測——可對單個細胞無創、實時檢測。

· 表面等離子激元共振檢測——可對界面上生物分子相互作用的無標記實時監測,通過對生物反應過程中表面等離子激元共振的動態變化監測獲取生物分子相互作用的特異信號。檢測對象一般是具有配體和受體特異性結合性質的核算、蛋白質、酶及抗體等生物分子,尤其適合對免疫反應的過程監測和定量分析,這對分子特異反應的實時監測也用于細胞的檢測和傳感。

 

綜上所述,生物微流控系統平臺主要包括四大部分,但是卻沒有一個標準的解決方案。因此,用戶可根據研究目的需要而選擇合適的微流控部件,最后,將各部件組裝在一起便構成了一套微流控系統解決方案。

 

 

 

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