微流体的操控的难题:自动精确地操控液体流动是微流控免疫芯片的主要挑战之一。目前通常依赖复杂的通道、阀门、泵、混合器等,通过控制阀门的开关实现多步骤反应有序进行。尽管各种阀门的尺寸很小,但使阀门有序工作需要庞大的外部泵、连接器和控制设备,从而阻碍了芯片的集成性、便携性和自动化。为尽可能减少驱动泵等辅助设备以使系统小型化,Mauk等研究人员结合层压、柔韧的“袋”和“膜”结构来减少或消除用于流体控制的辅助仪器,通过手指按压充气囊或充液囊实现流体驱动。此外研究人员还尝试通过复杂的多层设计,更利于控制试剂加载、液体流动,如Furutani等人开发了一种6层芯片叠加黏合而成的光盘形微流控设备,每一层都有其特定功能,如加载孔、储液池、反应腔等,尽可能避免降低敏感性。微流控芯片的流体驱动与检测。国产微流控芯片设计
什么是微流控技术?微流控技术是一门精确控制和操纵流体的科学技术,这些流体在几何空间上被限制在小规模流道中,通常流道系统的直径低于100µm。对于科学家和工程师来讲,微流体一词的使用方式存在不同;对许多教授来说,微流控是一个科学领域,主要应用于通过直径在100微米(µm)到1微米之间的流道研究和操纵微量流体。对微流控工程师来讲,微流控芯片(通常称为:生物MEMS芯片)的制造,主要是为了引导流体在直径为100µm至1µm的流道系统中流动。江苏微流控芯片检测微流控芯片技术用于药物筛选。
微流控芯片对于胰岛素的补充检测:抗胰岛素自身抗体是Ⅰ型糖尿病中出现的抗体,但当胰岛素被固定在检测平台上时,表位结合位点的关键三级结构发生改变,故而难以用常规方法检测,Zhang等在芯片表面喷涂生物相容的支链聚乙二醇层,用以保护胰岛抗原的天然构象,该芯片可以在低样本量下同时检测多个胰岛抗原特异性自身抗体,且检测结果不受全血样本中复杂背景的影响。也有研究团队尝试通过检测自身抗体以对心血管疾病、慢性疾病作出诊断。Dinter等研究人员将微流体芯片和微珠技术相结合,用以检测3种心血管疾病相关自身抗体并进行抗体滴度测定。Lin等人设计制造的免疫分析平台可在45 min内检测临床患者血清抗tumour蛋白53(tumor protein 53,p53)自身抗体浓度,有望用于口腔鳞状细胞cancer的筛查。
肠道微流控芯片(GoC):GoC系统模仿人类肠道的生理学。它解释了肠道的主要功能,即消化、营养物质的吸收、肠神经的调节、体内废物的排泄、以及伴随微生物共生体的人体肠道的病理生理学。GoC模型主要用于精确复制具有所需微流控参数的肠道体内环境。Kim等人研究了当人类GoC被肠道微生物群落占据时肠道的蠕动运动。通过对齐两个微通道(上部和下部)来设计微型器件,该微通道雕刻在PDMS层上,该PDMS是通过基于MEMS的微纳米制造工艺制作的模板翻模制备而来,且PDMS层由涂有ECM的多孔柔性膜隔开。如图所示,该装置被模仿人类肠道生理学的人肠上皮细胞包裹。这样的系统可以模拟人类肠道在某些特定因素下的蠕动运动,即流体流速。微流控技术在生物领域上的应用。
美国圣母大学(University of Notre Dame)的Hsueh-Chia Chang博士与微生物学家和免疫检测professor合作研究,提高了微流控分析设备检测细胞和生物分子的速度和灵敏性。同时,Chang对交流电动电学进行了改善,因为他认为交流电(AC)可作为选择平台,驱动流体通过用于医学和研究的微流控分析仪。微流控分析仪的驱动机制是常规的直流电动电学,但是使用时容易产生气泡并引起物质在电极发生化学反应的缺点限制了直流电的应用,此外,为保证其对流量的精确控制,直流电极必须放置在储液池中,不能直接连接在电路中。微流控芯片硅质材料的加工工艺。上海微流控芯片的制作
微流控芯片产业的深度分析。国产微流控芯片设计
心脏组织微流控芯片(HoC)是一种先进的OoC,它模仿了服用剂型或特定药物分子后人类心脏的整体生理学。使用该芯片已经观察到一些不良反应。Mathur等人在2015年证明了动物试验不足以估计测试药物分子相对于人体的确切药代动力学和药效学。为此,微流控芯片技术在心血管疾病研究,心血管相关药物开发,心脏毒性分析以及心脏组织再生研究中起着至关重要的作用。Sidorov等人于2016年创建了一个I-wired HoC。他们检测到心肌收缩,这是通过倒置光学显微镜测量的。此外,工程化的3D心脏组织构建体(ECTC)现在能够在正常和患病条件下复制心脏组织的复杂生理学。图1C显示了心脏组织微流控芯片的示意图,其中上层由心脏上皮细胞组成,下层由心脏内皮细胞组成。两层都被多孔膜隔开。它还包括有助于抽血的真空室。国产微流控芯片设计
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