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PCR技术 聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction, PCR）是一种体外扩增目标核酸的技术，已广泛应用于基因工程、医学分子诊断、环境检测等领域。 PCR技术是利用 DNA 聚合酶在适当的条件下，通过变性、退火及延伸等热循环过程，将初始目标核酸扩增数百万至数十亿倍。 根据定量性能，可简单地将它们分为定性 PCR、实时荧光定量 PCR（qPCR）及数字 PCR（dPCR）三类。 1. dPCR技术原理和特点 dPCR技术主要由DNA扩增反应、荧光信号检测和数据分析三部分组成。 在DNA扩增反应之前，dPCR通过极限稀释模板，将其稀释至…
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生物芯片技术的核心在于将微型生物化学分析系统集成到芯片表面，实现对细胞、组织、蛋白质、核酸、糖类等生物组分的高效、精准检测。 这项技术起源于20世纪80年代末，成为生命科学领域的重要前沿技术。 它融合了分子生物学、生物材料学、微电子学、微机械学、微加工技术、化学、物理和计算机技术，代表了生物学与其他学科的深度交叉与融合。 1. 生物芯片基质分类 生物芯片基质是制作生物芯片的材料，通常为固体表面，用于吸附并固定生物分子，便于其检测或分析。 生物芯片基质的关键要求包括良好的生物相容性、较大的表面积、强吸附能力、均匀的表面特性，以及易于加工和制备。 1) …
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1. 微流控芯片 微流控芯片（Microfluidics Chip）作为微流控技术的载体，又被称为芯片实验室（Lab on Chip）或微全分析系统(μTAS），可以将样本的输入、反应与分析检测等单元集成在一块仅几平方厘米大小的芯片上，可满足多样化的分析检测需求。 2. 声表面波微流控器件 声表面波（SAW）微流控技术的基本原理是，以压电材料铌酸锂（LiNbO3）作为基底，在其表面沉积一对叉指电极，在电极上施加射频信号，产生沿压电基底表面传播的声波。 利用表面声波产生的声辐射力，可用来控制微液体或微颗粒，用以分离、提取或富…
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核酸提取是病原体核酸检测的第一步，目的是从生物样本中分离核酸，并去除可能干扰后续分析的蛋白质、糖类和脂类等物质，确保核酸的完整性。 传统的核酸提取方法包括酚氯仿法、煮沸裂解法、离心柱法和磁珠法。 酚氯仿法通过苯酚氯仿处理样本，使核酸溶解在水相中，而多糖和脂类物质溶解在有机相中，蛋白质则沉淀在两相界面。随后，使用乙醇沉淀核酸并经离心分离。虽然此法能获得高纯度核酸，但操作复杂且容易造成环境污染。 煮沸裂解法通过加热、煮沸和高速离心来提取核酸，但可能导致DNA丢失或裂解不完全，还可能引发交叉污染，影响检测准确性。 离心柱法利用硅基质吸附特定的DNA分子，RNA和蛋白质则通过柱子，经过不同条件的盐和p…
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1. 制备脂基纳米粒子的常规方法 脂质纳米粒子的形成是一个自组装过程，其最终形态由热力学状态、脂质间相互作用力和分子几何形状共同决定。 生产脂质纳米粒子的常规方法可根据控制自组装动力学的物理机制进行分类，其中使用最广泛的是基于机械均质、溶剂稀释或去污剂去除的工艺。 1) 机械均质 在机械匀浆的情况下，首先使用脂膜水合等技术制备大型多分散多纤毛膜囊泡 (MLV)，然后将所得乳液置于高压梯度或剪切力下，使大型囊泡破裂，将疏水性膜核心暴露在水相中，并使所得碎片重新形成较小的单纤毛膜囊泡。 机械破坏的一个优点是最初的 MLV 溶液…
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1. 单细胞的小分子检测 在单细胞分析中检测小分子物质是更好地了解生物体、探索细胞异质性和早期诊断疾病的必要策略。 乳酸和活性氧等细胞间小分子物质广泛参与细胞的信号传导途径，在许多生理和病理过程中发挥着重要作用。 研究小组开发了一种表面增强拉曼散射（SERS）-微流控液滴平台，通过一种由银纳米粒子装饰的 Fe3O4 磁性微球组成的多功能磁性 SERS 底物，实现了单细胞水平上多重代谢物的无标记同步分析。 他们实现了无标记、无损、同时测定三种单细胞代谢物：丙酮酸、三磷酸腺苷和乳酸。 他们的金属磁性复合底物有助于实现单细胞代谢物的高效吸附和从复杂基质中的快速分离…
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细胞的类型和状态千差万别（即细胞异质性），为了更好地探索细胞的未知特征和动态，深入了解组织、器官甚至整个生物体的行为，单细胞分析已成为一种流行且不可或缺的策略。 微流控液滴技术可用于生成高通量的微液滴，从而使对单细胞进行大规模并行研究成为可能。 虽然使用经典的微液滴方法，特别是基于被动液滴生成的方法，单细胞的封装率相对较低，但单细胞的总数量和吞吐量要比使用微孔和微图案等其他微流体单细胞操作方法高得多。 另外，微液滴可将单个细胞封装在纳升液滴中，从而进一步减少物质的稀释/交叉污染/吸附，提高氧气、营养物质和代谢物的交换效率，保持细胞活性和生物功能，促进单细胞水平的细胞研究。 同时微流控液滴技术可…
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1. 微液滴的结构 1) 微球和微凝胶 使用T型通道结构、流动聚焦结构和共轴聚焦结构制备的单分散乳状液滴由于表面能最小化，保持球形。在凝固过程中，单个乳滴可以转化为由聚合物链或交联聚合物网络组成的聚合物微球或微凝胶。 这些微粒广泛应用于填充、力学支撑和医学领域。 特别是具有可调尺寸、优良力学性能和功能的单分散微粒，在药物传递和细胞封装等生物医学应用中发挥着重要作用。 例如，通过液滴微流控技术制备的聚合物微球或微凝胶，其药物释放特性、生物分布及给药途径会随着药物粒径和材料组成的变化而有所不同，从而实现灵活的药物输送； 将细胞封装在微凝胶中为细胞提供了生物…
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1. 类器官与器官芯片 类器官是由多能干细胞或成体干细胞生成的三维结构，能够再现人体器官的结构、功能及组织特性，广泛应用于个性化医疗和临床前药物测试。 常见的类器官培养方法包括浸没培养、气-液交互培养和共培养等。 器官芯片（organ-on-a-chip，OOC）是一种微流控技术制造的细胞培养设备，通常由微型灌注腔室构成，具有多层细胞结构、组织界面、物理化学微环境以及类血管循环系统。 它能够模拟人体器官的生理功能，是一种微型细胞培养系统。 器官芯片的工作原理是通过模拟流体剪切力、动态机械应力、浓度梯度等生理条件，再现体内复杂的环境，进而研究细胞、组织和血液的相互作用，并在不同刺激下观察病…
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