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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…
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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…
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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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三维细胞培养使得细胞之间、细胞与胞外基质之间的相互作用成为可能。类组织和类器官是多能干细胞分化后的各种细胞通过自组装形成的三维微型组织，其结构和功能类似于人体器官。 微流控技术的引入，不仅能够提供力学微环境，还能模拟人体器官在空间和时间维度上变化的生化和结构微环境。同时，生物传感等实时监测技术的应用，可以实现对三维模型的长期无损重复检测，包括生物物理、生物化学信号，以及pH值和氧水平的测量。 在药物发现和毒性筛选方面，虽然目前的体外三维模型由于发展水平的限制，仍然无法完全替代动物实验，但由于其细胞来源于人类，有些情况下体外三维模型的准确性已超越了动物实验。 1. &nbs…
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1. 液滴跨界面迁移 操控微流控液滴进行相间转移的关键在于精准控制液滴的定向移动，包括液滴在相内和相间的移动。实现微通道内液滴定向移动的方法主要分为主动方式和被动方式，这两种方式各有优劣。 主动方式依赖外力来实现液滴的定向移动，如通过外加磁场、声场、电场等。其优势在于可以通过调整外场的方向和强度来精确控制液滴的移动方向和驱动力的大小，从而实现对液滴更为精准的操控。 此外，主动方式为操控特殊流体（如磁流体）提供了新的思路。然而，这种方式需要复杂的设备和更多的人工调控，因而增加了设备成本、人工成本和能耗。 被动方式则不依赖外力，例如利用特殊的微通道结构、流体动力…
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器官芯片（Organ-on-a-chip）和微生理系统（Micro-physiological system, MPS）是生物工程领域的前沿技术。这些平台通过生物打印、微流控芯片和组织工程技术的融合，在微尺度上模拟人体器官的功能，为药物筛选和疾病研究提供了接近人体生理条件的模型，旨在更准确地再现器官的生理和病理特性。 MPS进一步拓展了这一概念，通过模拟细胞和组织的三维环境，弥补了传统二维细胞培养和动物模型的不足。微流控系统在MPS中起着关键作用，能够在微尺度上精确控制流体，为细胞提供动态流体力学环境，尤其在模拟血管系统时显得尤为重要。 因此，体外重建血管系统成为器官芯片和MPS构建的核心挑战…
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1. 离子浓差极化（ICP）简介 离子浓差极化（Ion Concentration Polarization, ICP）作为一种有效的分离和富集手段，已广泛应用于微流控芯片中。集成ICP功能的微流控芯片具备高效、快速、低样品消耗和广泛适用性等优点。 ICP是一种在外加电场作用下发生于微纳交界面的电动传输现象。以负电荷样本粒子为例，当微米通道与纳米通道连接时，由于纳米通道的双电层重叠且表面带有负电荷，纳米通道表现出阳离子选择性。 在外加电场的驱动下，阳离子可以通过纳米通道，而阴离子则因强静电相互作用被排斥，导致在离子选择性膜两侧形成离子耗尽区与离子富集区。电渗…
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微流控技术目前已广泛应用于医学检测、精细化学品合成、纳米功能材料制备以及药物合成等领域，且技术相当成熟。鉴于微流控技术在材料制备中的诸多优势，越来越多的研究开始探索其在含能化合物合成、单质含能材料重结晶改性以及复合含能材料制备等方面的应用。 1. 利用微流控技术进行含能化合物合成 利用微流控技术进行含能材料合成具有显著的优势。首先，它大大提高了工作效率。在传统实验中，反应物的混合通常依赖于搅拌，这需要较长时间才能达到理想的均匀度。 而微流控体系通过层流剪切、分布混合、延伸流动以及分子扩散等机制，实现了快速而高效的混合。微流控技术不仅能够精确控制工艺参数，而且…
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微流控芯片常见的应用策略是在芯片基体表面加工出微米至亚毫米级的流体通道或检测腔室。这些微结构通常通过键合技术封闭，再配合流体泵送装置和检测分析装置，实现自动化的流体输送与结果分析。 目前，微流控芯片的微通道结构主要有两种形式： 1. 片状层叠结构：这种结构的微流体相互作用发生在二维平面上。常见的材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和玻璃等。 2. 三维同轴管状嵌套结构：这种结构允许流体在三维空间中相互作用，常见的代表是毛细管微流控芯片。 毛细管微流控芯片具有多种优势：其独特的三维对称流体通道，使得微流体能够在三维空间中相互作用，更容易实现液滴或纤维生成等效果。 由于特…
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微流控技术是一项多学科交叉的综合技术，能够在微米尺度上精确控制和操控流体。与传统实验室的宏观技术相比，微流控技术具有样本需求少、高通量、低成本以及高灵敏度的优势。 通过将微流控技术与细胞生物学、组织工程和生物传感技术相结合，它在化妆品安全性与功效评估中的应用前景广阔，值得关注。 1. 理化检测应用 1) 重金属检测 为了实现美白效果，化妆品中常常添加汞，但过量使用会对皮肤和器官造成慢性毒害。针对这一问题的生物传感器应时而生，当Hg²⁺存在时，探针会转化为G-四联体DNA，并与血红蛋白结合形成DNA酶。 该DNA酶与沉淀的T…
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