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张力限制液滴微流控技术在生物医药等方面具有广泛应用
发布时间: 2018-07-10     来源: 微流控科技

 

张力限制液滴微流控技术在生物医药等方面具有广泛应用

  随着微流控技术的迅猛发展,微流控领域出现了众多具有创新意义的新技术,如表面张力限制的液滴微流控技术。表面张力限制的液滴微流控技术在生物医药和材料合成等方面具有非常广泛的应用,使用简便而有效的方法制备出均匀性良好的液滴阵列也是近年来的研究热点之一。近日,上海大学的巫金波教授团队通过表面亲疏水的差异将微米级尺寸的液滴固定在基片表面,制备出不同形状、尺寸的液滴阵列,并利用液滴阵列进行单细胞的培养与观测。

  传统的液滴微流控技术多是基于复杂的三维立体通道结构的微流控芯片,制备工艺复杂、仪器精度要求高且价格昂贵。表面张力限制的液滴微流控技术与传统液滴微流控技术最大的不同点在于前者基于对表面张力的控制,从而实现对液滴的操控,如液滴的生成及运动,而后者是基于对三维微通道结构的设计,从而实现液滴的分裂、运动及融合。相应地,基于表面张力的液滴微流控技术只需要对平台表面进行选择性的化学改性或者物理作用,使平台表面的不同区域对液体的表面张力发生变化,产生具有亲疏水性的通道或阵列图案。通过改变图案尺寸或调节液滴产生过程中的各项参数,他们就能够实现对液滴尺寸及形貌的调控,对需要精确定量的化学或生物反应而言是巨大的优势。但就目前发展情况而言,这一技术仍存在一定的挑战和困难——微小体量的液滴挥发速率极快,如何确保液滴体积的稳定性并利用液滴阵列进行材料的合成或细胞培养仍需要进一步的探索。

  上海大学的巫金波教授团队在具有疏水性质的基片表面构建了亲水图案,当把水溶液(如荧光溶液、细胞培养液等)和油液依次分别添加到基片表面时,通过滑动玻璃盖片的方法,亲水区域的水溶液会得到保留,而疏水区域会被油液所侵占,从而成功地制备出形状规则、尺寸均一、排布整齐的皮升量级的油盖水型液滴阵列。整个过程只需短短的5秒钟便可制备出一万多个体积为31皮升左右的液滴,液滴生成的通量达到3 kHz。他们还用油液覆盖液滴阵列,一方面使阵列中的液滴之间相互隔离,另一方面有效地阻止了液滴的蒸发。进一步的研究发现,油盖水液滴阵列可在室温下存储两天以上,为基于液滴的应用提供了必要的条件。因此,人们可以通过上述方法将微颗粒或细胞封装到液滴阵列中。

  大肠杆菌是人和动物肠道中的正常栖居菌,通过调整细菌培养液中大肠杆菌的浓度可制备出液滴中含有单个大肠杆菌的油盖水型液滴阵列。在36小时的培养期间,液滴中的大肠杆菌表现出十分强的活性,并顺利地进行生长和增殖等生命活动。在所观测的液滴中,经36小时的培养后液滴中大肠杆菌的数量由原来的1个或3个分别增加到47个或68个左右。大肠杆菌在液滴中成功的增殖说明上述液滴阵列在单细胞培养等领域具有重大的应用价值,如可进行高通量的细胞毒性测试、药物筛选及材料合成等。

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