法国研究团队开发了“滑动壁”作为微流控装置
栏目:媒体新闻 发布时间:2020-05-04 00:45
据麦姆斯商议报道,法邦磋议团队迩来开辟了滑动壁(sliding walls),举动微流控装配中流体限度的新技能,准许半刚性或刚性壁正在微流控芯片内滑动。正在《自然:微编制与纳米工程...

  据麦姆斯商议报道,法邦磋议团队迩来开辟了“滑动壁”(sliding walls),举动微流控装配中流体限度的新技能,准许半刚性或刚性壁正在微流控芯片内滑动。正在《自然:微编制与纳米工程》(Nature: Microsystems & Nanoengineering)杂志上公告的一篇新报道中,巴黎文理磋议大学(PSL Research University)Bastien Venzac和来自法邦巴黎居里磋议所(Institute Curie)、索邦大学(Sorbonne University)的科学家小组运用滑动壁几何组织打算了众种流体效用。该装配包蕴开/闭转换阀,用于凭据壁的几何组织来梗阻或从新筑设通道。该装配包蕴一种水凝胶膜,用于将生物分子浓缩、纯化并从一个通道运输到另一个通道。该技能与软光刻伎俩兼容,聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的模范筑制流程即可轻松完毕。新伎俩为各类微流控行使斥地了道道,酿成了纯粹的手动装配,可用于生物实习室即时检测(point-of-care)行使。

  上图:新技能概要。左图:用于DNA预富集的微芯片和滑动壁打算。右图:用于分开实习的微芯片和滑动壁图片,增加了蓝色和黄色染料以完毕可视化。

  真正可能从新筑设的编制继续是微流控工程师的梦念,理念的重构指的是修筑正在模块化单位中的智能编制,并正在实习之间举办疾速重组。然而,对公众半微流控编制而言,通道汇集正在微加工时就已固定,无法正在实习时自界说重组。工程师也只可正在泵送、阀门限度或运用电场和磁场外力举办更改。为领会决微流控分娩流程中的现存控制和寻事,Venzac等人提出了一种微流控驱动的新观点,称之为“滑动壁”。该伎俩与软光刻工艺兼容,不过不必要外部筑造。它可能手动操作,而且可能集成正在单个元器件中。

  Venzac等人利用了众种筑制伎俩开辟滑动壁,以将其打算正在PDMS芯片的怒放通道内。驱动流程准许磋议职员可逆地掀开或闭上泵送流体的通道,然后从新定向活动以任意筑设通道汇集。该团队刻画了该伎俩的道理,并演示了纯粹的效用,席卷供给四维(4D)空间的水凝胶板酿成,限度细胞培植,然后正在微流控腔室内举办基于膜的电动DNA预富集。他们以低本钱完毕了该技能的疾速成型,为简化操作,团队成员既可能通过手动方法限度滑动壁,也可能利用策动机限度的马达或践诺器完毕全主动滑动壁。新的器材箱分外适合微流控通道内尺寸跨越100 m的行使,而且只必要几个驱动元件。

  滑动壁道理。PDMS组织中包蕴一个导向通道和一个流体通道,并与平面PDMS外观键合正在沿途。正在该示例中,带有雕琢通道的滑动壁会正在芯片创制完结后被插入到导向通道。流体通道或被堵住(图a)或被掀开(图b)。插图供给了滑动壁/流体通道交叉点的细致音讯。

  凭据惯例打算法则,磋议职员将刚性/半刚性组织插入PDMS微流控芯片的导向通道中,并利用众种质料开辟滑动壁,席卷(1)不锈钢膜;(2)正在PDMS模具中举办光群集的光固化抗蚀剂;(3)立体光固化成型工艺3D打印(SLA 3D printing)的可光固化树脂。磋议职员会凭据质料自己的性格来选拔适合实习的工程技能,并通过限度质料刚度防卫驱动流程中滑动壁的弯曲或断裂,对公众半薄的滑动壁而言,不锈钢为其首选。针对较大的滑动壁,他们利用古板的SLA工艺,并正在不锈钢上利用微铣削,以正在滑动壁上列入小效用。

  正在最初的观点验证阶段,Venzac等人企图了两品种型的微阀,开/闭阀和带一个入口、两个出口的金属开闭阀。滑动阀因其正在器官芯片装配和细胞培植组织中的适用性而惹起了人们极大的兴味。磋议职员还涌现了利用滑动壁举动芯片上的打针器来手动泵送流体,正在实习中没有观测到正在激动或吸入氛围时液经验产生败露。滑动壁对较大腔室组织而言分外有效,磋议团队正在腔室顶部和底部加添了两个窄槽以向导笔直的不锈钢滑动壁,并调度各腔室之间的连通。

  上图:阀门限度实习:a)用芯片和基于光固化抗剂蚀的滑动壁打算举办的开闭阀实习;b)开闭阀实习用芯片和金属滑动壁的打算;c)导向通道、滑动壁高度和宽度区别比率下(每个要求打开三次实习),基于抗剂蚀(黄色系列)和基于金属滑动壁(灰色系列)所能承担的最大压力;d)载有荧光素的水流历程开道(13l/s)时开闭阀的荧光图像。

  下图:泵送实习:a)芯片打算;b)通过1l腔室泵送载有荧光素的水的不断照片。活塞的地点用赤色虚线体现;c)液体移位与绝对活塞移位(活塞原点创立正在第一个腔室劈头填充时),用于推(蓝色)拉(赤色)时,正在四个区别装配上的均匀值。

  该团队最终利用新装配举办了生物效用化测试,并观测了4D细胞培植和细胞转移。正在实习中,他们将荧光胶原卵白溶液装正在腔室的右半个人,把缓冲液装入左半个人,然后把两者混淆成水凝胶板。这种水凝胶是开辟3D器官芯片腔室的首要质料。为了测试其生物学效用,Venzac等人磋议了将树突状细胞(免疫细胞)装载到腔室内的胶原卵白溶液中后的细胞转移情景。该团队用趋化因子溶液填充了第二个腔室,并移除了不锈钢滑动壁,创筑出一个笔挺的界面,使趋化剂扩散到胶原卵白板上,树突状细胞转移到凝胶/溶液界面上以酿成4D细胞培植。

  分开实习:a)芯片和金属滑动壁的打算;b)密封测试俯视图。左图:腔室的明场图像。右图:8小时后腔室的荧光图像;c)正在腔室内部的滑动壁上睡觉一个200m的孔后,Tris-EDTA缓冲室中的荧光素梯度。滑动壁和孔的极限用虚线体现。颜色线%的图像外观(壁后位移:白色:1秒、赤色:4秒、黄色:9秒、绿色:14秒、青色:50秒、蓝色:110秒、紫赤色:170秒);d)移除滑动壁后,右半腔室底部的荧光凝胶状胶原卵白板的深度编码共聚焦图像的俯视图;e)移除滑动壁之前(0-30分钟)和移除滑动壁之后(30-240分钟),胶原卵白板中的树突状细胞的轨迹分两个阶段分化。第一阶段细胞没有被优先转移(30-120分钟),正在120-240分钟被吸引到趋化因子室。水准轴以微米为单元,笔直轴指向远离趋化因子室的倾向。

  团队成员还通过电动预富集DNA大分子,正在新装配中限度它们的运输和开释。为此,该团队正在微流控编制中利用了一种可转移且可重构的水凝胶膜,并运用高区别率3D打印技能打算了带有集成窗口的滑动壁。他们正在通道中施加恒定的电场,以准许缓冲液中电泳转移带有荧光标签的DNA。水凝胶孔的尺寸能滞碍DNA的转移,导致它们正在膜上预富集。科学家们正在装配中向导预富集DNA的自正在活动,从而将样品从一个通道迁移到另一个通道,这是一种纯粹的全新样品制备和理解伎俩。

  DNA预富集和纯化实习。a)芯片和滑动壁的打算;将PEGDA膜(粉赤色)光群集正在滑动壁的窗口中。彩色箭头用相应的彩色边框指示下列图片的地点;b)将100pg 的Lambda-DNA电泳到3D打印滑动壁的PEGDA膜长进行预富集;c)图b)的黄色长方形内均匀灰度值随岁月的改观;d)DNA正在PEGDA膜上预富集流程的荧光图像;e)移至第二通道后和图f)电泳开释后。(比例尺:250m)黄色箭头体现DNA的转移或位移倾向。

  Bastien Venzac及其同事用这种方法开辟了一款新的器材箱,以改进古板微流控装配的利用。滑动壁还具备其它效用,如微通道或载有凝胶的窗口,以及超越古板芯片微阀的潜正在行使治理计划。值得防备的是,他们运用单个滑动壁装配即可完毕4D细胞培植和DNA预富集。科学家们的愿景是该技能或许广大行使于低本钱、低技能含量的生物医学境遇。