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Microfluidic chip electrical impedance sensing and cellular detection

2024-10-17

细胞培养是指在体外构建的人工环境中实现细胞增殖与发育的过程。细胞可在培养容器（如培养皿、微孔板）表面贴壁生长，也能在基质中以悬浮状态生长。传统检测细胞增殖与活力的方法包括血细胞计数、共聚焦显微镜成像、光学显微镜结合荧光染料染色，以及酶联免疫吸附试验（ELISA）等。这些手段已成为标准方案，但通常耗时费力，且依赖昂贵的仪器与试剂，难以实现高通量与高效率操作。荧光染色法等分析手段具有侵入性，不仅过程复杂，还可能损害细胞，影响后续实验观察。相比之下，阻抗传感技术具备非侵入性、操作简便、检测快速等优势。该技术通过监测细胞附着、增殖和迁移等活动引起的阻抗变化，实现实时分析。其原理是施加特定…

Application of microfluidic chips in cellular biochemical analysis

2024-10-15

1. 微流控细胞培养 1) 三维培养传统细胞培养多采用二维方式，即细胞在基底上形成单层生长。该方法操作简便且成本较低，但无法准确模拟体内细胞的三维生长环境，难以维持生理相关的表型特征。因此，从二维培养向三维培养的转变成为模拟体内微环境的关键步骤。微流控芯片为三维细胞培养提供了先进技术支持，其核心策略是将细胞包裹于水凝胶中进行培养。常用的水凝胶材料包括琼脂糖、海藻酸钠、胶原蛋白和Matrigel凝胶等，这些材料具备良好的生物兼容性和透气性，支持气体、养分及代谢物的扩散和交换，同时有效模拟细胞与细胞外基质的相互作用。在具体操作中，通常会在微流控芯片…

Processing method for 3D microfluidic chips

2024-10-10

当前，研究人员加工3D微流控芯片微通道的方法大多以光刻法为基础，但光刻法主要用于制造高分辨率的2D微通道，目前将其应用于3D微流控通道的制备还不成熟。以下对3D微流控芯片的制造技术进行了总结，从微加工技术和3D打印技术出发，主要介绍了微丝塑模法、嵌入式牺牲元件法、堆叠法、飞秒激光法和光固化等技术。 1. 微加工技术微加工技术是一种高精度制造技术，用于制造微米和纳米尺度的结构，广泛应用于电子学、医学、生物技术和微流控等领域。它具有高分辨率和广泛的适用性，是3D微流控芯片制作的理想选择。本文将重点介绍微加工技术中的几种方法：微丝塑模法、嵌入式牺牲元件法、堆…

Micro- and nanoparticle manipulation technology

2024-10-08

1. 传统细胞分离浓缩技术传统的细胞分离浓缩技术主要依赖细胞的物理特性，如密度、大小和形状等。这些技术通常利用离心、过滤或沉降等物理原理，将细胞从稀释样品中浓缩至较小体积，以便后续分析或处理。常见的传统细胞分离浓缩技术可分为以下几类：离心法、超滤法、沉淀法和免疫亲和捕获法。 1) 离心法离心法利用生物粒子的大小、形状和密度差异来实现分离，依赖超高转速产生的离心力使粒子沉积。主要分为密度梯度离心法和差速离心法。密度梯度离心法通过在离心管中形成连续或不连续的密度梯度，使粒子根据密度差异沉降，从而实现分层和浓缩。差速离心…

Application of microfluidics in organoid drug screening

2024-09-26

1. 类器官类器官（Organoid）是由干细胞在体外培养和分化形成的三维微型细胞结构，来源于胚胎干细胞、诱导多能干细胞、成体干细胞或肿瘤干细胞。在特定条件下，这些干细胞自组织为具有特定功能的细胞群，形成与相应器官相似的组织结构和遗传特征。尽管类器官不是真正的完整器官，但能再现复杂的细胞异质性和空间结构，长期稳定传代培养，模拟体内器官的功能。微流控技术在微量流体的精确操控和高通量能力方面满足了类器官研究的需求。通过调控培养环境的物理和化学参数，如营养物质浓度和废物排出，微流控技术能够动态模拟体内环境，提高类器官对生理和病理过程的反映真实度。此外，微流控技术支持独立类器官的连续…

Projection microstereolithography and microfluidic chips

2024-09-24

增材制造（AM）是一种通过沉积或光固化材料来构建复杂几何结构的新兴技术。它包括熔融沉积成型（FDM）、喷墨打印、双光子聚合（TPP）和Vat光聚合（VPP）。在3D微结构制造中，基于光聚合的3D打印技术已成为实现微米或亚微米分辨率结构的有效方法，尤其是立体光刻（SLA）和数字光处理（DLP）技术。 DLP的投影微立体光刻（PμSL）在制作微流控芯片方面具有显著优势，如快速制备、灵活构建复杂三维结构，以及无需净化室和专业人员，能够实现传统MEMS工艺无法制造的复杂曲面和一体化芯片接口打印。 1. PμSL技术的工作原理 PμSL技术的打印系统由光引擎、投影物…

Microfluidic chip-based artificial cells (II)

2024-09-19

1. 人工细胞的微流控操作 1) 捕获、移动、形状控制在芯片上实现人工细胞的捕获和定位是静态观察、结构操作等实验的基础。被动捕获方式利用细胞特性、流体控制及微结构设计。例如，沉淀法通过增加人工细胞密度，借助重力将其牵引至观察区域。这种方法设计简单，但高密度物质可能会影响脂质膜的结构和功能，且无法实现完全固定化。另一种方式是化学或生物偶联，如常见的生物素-亲和素偶联，但此方法需预先修饰细胞，步骤复杂，且可能影响细胞功能。目前，通过在膜上组装黏附蛋白（如血小板整合素）已成为更有效的固定手段。这类方法无需外部设备，但可能…

Microfluidic chip-based artificial cells (I)

2024-09-19

构建人工细胞的两种主要方法是自上而下和自下而上。自上而下方法通过生物技术移除活细胞中的非必要基因和细胞器，最终得到具备最小生存功能的细胞。而自下而上方法则从简单的非生命物质开始，逐步构建具备细胞功能的仿生结构，避免了细胞的复杂性。通常使用类似细胞膜的材料模拟内外环境的分隔，并在内部组装细胞器等结构，模仿生物细胞的核心组成部分。通过引入酶、基因等活性物质，支持生化反应，赋予这些区室特定的功能。在芯片设计的微环境中，可以组装出具备生长、自主活动和自我复制能力的微结构系统，进行高度受控的生化反应。这种技术的发展将大大推动人工细胞研究，并在自下而上合成生物学的未来发展中发挥关键作用。 1.&nb…

Microfluidic chip makes fluorescent nanomaterials

2024-09-12

1. 荧光纳米材料随着纳米技术的进步，荧光纳米材料逐渐用于分子级别的可视化分析，显著推动了生物学和医学研究的深入。为了拓展荧光纳米材料在离子检测、生物传感和信号传导等领域的应用，研发制备质量稳定、性能优良的材料至关重要。在临床应用中，纳米材料粒径的均一性非常重要，不同粒径颗粒在生物体内的输送速度和运输机制不同，可能会被多个部位吸收，从而影响成像效果。研究表明，微流控技术可以制备形貌特定、尺寸均一且性能优越的荧光纳米材料。 2. 微流控合成系统分类微流控技术通过精细加工在芯片或管道内构建特定微通道结构，实现流体在微尺度…

Hydrodynamic single-cell capture-based microfluidic chip

2024-09-10

单细胞分析为重大疾病的早期诊断与治疗、药物筛选及细胞间相互作用研究提供了可靠的科学依据。微流控芯片具有与细胞尺寸相当的微通道结构，并可根据需求调整通道的尺寸和形状，已经成为单细胞分析的强大工具。基于微流控芯片的单细胞分析具备样品消耗少、检测速度快、通量高的特点，非常适合用于样本量较少的检测。单细胞捕获是单细胞分析的关键步骤，只有成功捕获单细胞后，才能进行后续分析。微流控芯片因其高度可控性和强大的单细胞处理能力，已成为单细胞捕获的主要平台。基于微流控芯片的单细胞捕获方法主要分为两类： 1. 基于外力的捕获方法：利用磁力、光力、声波和电场等外力实现单细胞捕获。 2. 基于流体动力的捕获方法：无…

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