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3D细胞培养是在模拟组织和器官结构的三维环境中培养细胞，使细胞能够在三维空间中生长并与周围环境相互作用。 这项技术的出现弥补了2D培养中细胞与细胞外基质(ECM)互动的不足。 1. 3D细胞培养模型 3D细胞培养技术的关键基础之一是细胞外基质（ECM）。ECM由多种细胞外分泌蛋白（如胶原蛋白、弹性蛋白、层粘连蛋白和糖胺聚糖等）以及细胞结合因子（如CD44和整合素等）构成，形成一个复杂的网络结构。 ECM不仅为细胞提供重要的结构支持，还参与调控细胞的生长、迁移、分化、存活及稳态，指导组织的形态发生。 通过在体外重建ECM，3D细胞培养能够模拟体内环境，促进细胞…
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表面改性技术 化学改性是指通过改变生物医用材料表面的化学成分来提升其性能。常见的化学改性方法包括表面接枝、表面生物化、层层组装和涂层技术等。 其中，表面接枝是最常用的方法，通常通过在材料表面接枝不同的聚合物或生物活性分子，赋予材料特定的功能和性能。 未来的研究重点将集中在开发能够在常温或低温、多种介质和氧气环境下进行的表面引发接枝聚合技术。 1) 表面接枝 表面接枝是一种通过在材料表面创建活性接枝点，进而进行接枝聚合的技术。 根据不同的活性接枝点生成方式，表面接枝方法可以分为光化学接枝、等离子体聚合接枝、辐射接枝、臭氧法接枝以及活性聚合接枝等。 光引发接枝通…
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1. 大脑类器官概述 大脑类器官（brain organoids）是指在体外环境中，由人类多能干细胞自发组装形成的球状拟胚体，进而分化而成的三维类器官。 这些类器官中包含的细胞类型与人脑相似，能够在分子、细胞和结构等方面模拟早期人脑的生长和发育过程，并具备与人脑相似的生理功能。 目前，全球各个实验室所培养的大脑类器官大致可以分为两类： 第一类是那些在成熟过程中未受到定向诱导的拟胚体，独立向神经外胚层分化，最终形成包含多个脑区的大脑类器官； 第二类是拟胚体在形态发生因子的作用下，朝着特定脑区进行定向分化，最终形成能够模拟特定脑区形态和功能的大脑类器官，如皮层类器…
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1. 生物学研究 类器官在生物学研究中的应用主要包括：应用类器官研究细胞发育、分化和组织形成，以及生物系统功能和基因功能等。 1) 研究器官发育等生物学过程 通过利用表型组学的研究设施和技术，对类器官进行高分辨率成像和详尽的表型分析，可以在不同时间点精准动态跟踪类器官的发育过程。 这包括对类器官体积和形态的演变、组织结构和细胞排列的细致重构，以及类器官自组装和网络互作连接的动态变化。 通过这些分析方法，能够深入挖掘影响类器官发育和分化命运的关键因素，揭示发育过程中的精妙分子机制，从而为理解人体内真实器官的发育与分化提供全面…
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随着体外三维培养技术的进步，患者来源的类器官（PDOs）在保持原始肿瘤的遗传异质性方面展现出重要价值，对疾病模型构建和药物筛选起着日益重要的作用。 传统的PDO培养方法在技术上仍面临一些挑战： (1) 重复性差，PDO在活性、大小和形状上存在显著差异，难以确保实验结果的可靠性； (2) 通量低，样本量有限，难以进行高通量药物筛选； (3) 组织模拟性不足，缺乏血管细胞和肿瘤浸润免疫细胞的共培养体系，限制了在抗血管化和免疫治疗药物筛选中的应用。 类器官芯片（organoids-on-a-chip）是类器官在生物技术领域的拓展，能够有效解决传统培养技术的不足。 该技术以微流控芯片为核心，通过控制流…
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液滴微流控技术在微生物研究中具有以下几个关键特点： 1. 微生物被封装在液滴中，提供隔离环境，消除生长速率差异和种间竞争，便于研究稀有或生长缓慢的微生物，同时液滴中代谢物的快速积累可激活如群体感应等浓度依赖的生理通路。 2. 微流控装置能以高达20000 Hz的频率生成高度均一的液滴，实现高通量分析，从而使超高通量鉴定和筛选微生物成为可能。 3. 在液滴微流控系统中，可以根据研究需求定制通道设计和集成多种控制模块，精确操控液滴的注入、混合、分散、长时间孵育及分选等操作，快速引入多种检测试剂和刺激因素，创造多样且可控的环境，实现高通量和精准控制微生物细胞的目标。 微生物的液滴微流控技术主要由以下…
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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…
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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…
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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…
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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…
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