微流控濃度梯度芯片的應(yīng)用

一.簡(jiǎn)介在微流控芯片通道網(wǎng)絡(luò)中，流體主要做層流流動(dòng)，因此當(dāng)兩種或多種不同試劑流入同一通道時(shí)，各試劑能夠保持各自流型不變，而只在相與相接觸面上發(fā)生反應(yīng)或分子擴(kuò)散現(xiàn)象，形成的濃度梯度具有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，且通過改變通道網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及初始液流的濃度和組合順序，可以獲得一系列復(fù)雜的濃度梯度，利用微流控濃度梯度芯片可以模擬外界環(huán)境，建立化學(xué)物質(zhì)濃度梯度，在細(xì)胞以及個(gè)體水平上研究生物體對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于藥物篩選,模式生物趨化，毒性評(píng)價(jià)等研究領(lǐng)域。二,應(yīng)用領(lǐng)域藥物篩選隨著新藥開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)新藥化合物的活性實(shí)驗(yàn)從早期的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變成篩選性實(shí)驗(yàn)，即所謂的藥物篩選。借助于組合化學(xué)和計(jì)算化學(xué)的發(fā)展，人們開始有能力在短時(shí)間內(nèi)合成和分離多種化合物，因而在現(xiàn)代新藥開發(fā)過程中藥物篩選已經(jīng)成為新藥開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)之一。微流控濃度梯度芯片進(jìn)行藥物篩選實(shí)驗(yàn)時(shí)，與傳統(tǒng)多孔板技術(shù)相比，省去了配置和分配多種藥物不同濃度溶液的繁雜操作，大大簡(jiǎn)化了細(xì)胞鋪板、上藥、洗滌、標(biāo)記等操作過程，在顯著減少細(xì)胞和試劑耗量的同時(shí),進(jìn)行高通量地刪選。InletspHgradientnetworkScreeningchamberInletspHgradientnetworkScreeningchamber模式生物趨化模式生物能對(duì)液體和空氣中傳播的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，感受到微摩爾濃度范圍的水溶

性引發(fā)劑和揮發(fā)性物質(zhì)，從而產(chǎn)生趨向或回避行為。能否成功的提供可控的濃度梯度成為研究模式生物趨化行為的關(guān)鍵。微流控濃度梯度芯片能夠自由控制和創(chuàng)建化學(xué)物質(zhì)濃度梯度，形成濃度梯度時(shí)間短，提供的實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)性高等特點(diǎn)，成為研究模式生物趨化行為的有利工具。.4■總■■毒性評(píng)價(jià)性引發(fā)劑和揮發(fā)性物質(zhì)，從而產(chǎn)生趨向或回避行為。能否成功的提供可控的濃度梯度成為研究模式生物趨化行為的關(guān)鍵。微流控濃度梯度芯片能夠自由控制和創(chuàng)建化學(xué)物質(zhì)濃度梯度，形成濃度梯度時(shí)間短，提供的實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)性高等特點(diǎn)，成為研究模式生物趨化行為的有利工具。.4■總■■微流控濃度梯度芯片能夠生成不同的化學(xué)因子濃度梯度作用于海洋微藻、斑馬魚等受試對(duì)象，通過受試對(duì)象在不同濃度化學(xué)因子刺激下，將其生化反應(yīng)作為反饋信號(hào)進(jìn)行化學(xué)因子毒性評(píng)價(jià)。汶顥濃度#^^芯片基于層流擴(kuò)散的原理，'形成的濃度_梯'度具有較高的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，與傳統(tǒng)的“圣誕樹”型濃度梯度生成器生成的相對(duì)單一的濃度梯度不同，通過改變通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，生成包括線性、指數(shù)等多種濃度梯度。圖1為線性八梯度芯片示意圖，其中Input(A)為樣本溶液入口，Input(B)為緩沖溶液入口，樣本溶液次第向下與緩沖溶液混合形成濃度梯度，出口處濃度見表1。芯片上集成濃度梯度生成器的同時(shí)，可以按照需求集成多功能培養(yǎng)單元。在材料的選擇方面，可以提供PMMA、玻璃、PDMS等多種材質(zhì)供選擇。Output(8)Output(7)Output(8)Output(7)Input(A)Input(B)411illWilOutput(6)Output(5)Output(4)Output(3)Output(2)Output(l)圖1.微流控線性八梯度芯片示意圖表1.線性八梯度濃度梯度芯片出口處濃度出口12345678濃度0(1/7)C(2/7)C(3/7)C(4/7)C(5/7)C(6/7)CC注：C為樣本溶液濃度。表征結(jié)果使用PMMA材質(zhì)的線性八梯度芯片進(jìn)行熒光表征，圖2為通入流量均為1nL/min的FITC水溶液和去離子水在芯片出口處形成的熒光圖，使用Image-pro軟件進(jìn)行熒光強(qiáng)度分析。從圖中可以看出，出口熒光強(qiáng)度保持良好的線性關(guān)系。Output(l)Output(2)Output(3)Output(4)Output(5)Output(6)Output(7)Output(8)1.0-1 2 3 4 5 6 7 8OutputOO.8642O.O.O.O.a_su(Dc一①ou8s(D」on-LL圖2.線性八梯度芯片熒光表征使