生物研究

                    簡介

                           微流控芯片技術規模繼承的特點使得其對個體生物信息進行高速,并行采集和分析成為可能,是現代生物科學的一個重要信息采集和處理平臺,為生命領域研究提供技術支撐和操作平臺。利用微流控芯片規模集成、微尺度熱傳質效應、可控微流體、類仿生空間微結構等特點,目前微流控芯片技術已經在生物基因工程、疾病診斷和藥物研究、細胞分析、生物分子間相互作用等領域取得了顯著的成果。

                    分類

                    A、生物基因工程

                          生物基因工程主要基于核酸分子雜交技術,該技術也是生物微芯片技術(基因芯片,DNA芯片)的起源。 一般通過在芯片表面固定高密度的設計好的寡聚核苷酸或cDNA序列點陣,標記熒光探針進行核酸雜交, 通過激光共聚焦掃描顯微鏡/CCD熒光顯微鏡等設備分析雜交熒光 信號,進而獲得核苷酸配對序列信息。 基因芯片被廣泛應用于大規模的基因測序和基因診斷技術,讓我們能從基因層面上了解生命活動現象。

                    生物微芯片技術:微流控生物基因DNA芯片

                    B、疾病診斷和藥物研究
                           隨著微流控芯片技術的不斷發展,生物芯片技術不局限于高通量的點陣芯片, 漸漸發展成融合生物樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟的功能化生物芯片,從而擴大在疾病診斷和藥物研究等領域的應用。

                     微流控生物芯片在疾病診斷和藥物研究的應用

                    C、細胞分析
                           在生命科學領域里,對細胞組分形態變化和生命活動分析一直是研究 生命現象的重要方法。微流控芯片類仿生空間微結構的特性為細胞培養, 單細胞捕捉等提供了非常良好的操作平臺,并使得集成化的細胞研究成 為可能,諸如細胞進樣、培養、分選、裂解和分離檢測等過程可在一塊 芯片上完成。

                    生物芯片 - 細胞分析芯片 

                    D、生物分子間相互作用
                           物分子間的相互作用是研究生命現象的基礎,涉及各類小分子化合物、多肽、蛋白質、寡核苷酸和寡聚糖直至類脂、噬菌體、病毒和細胞的生物體系研究。微流控芯片平臺提供了動態實時測試生物分子間相互作用的技術,無需借助標記物進行分析,可以實時反映分子結合或解離過程中每一秒變化的情況,能觀察兩種分子結合的特異性和強度,了解生物分子的結合過程共有多少個協同者和參與者,有助于更真實的了解反應生命現象發生的過程。

                    生物芯片 - 生物分子間相互作用

                    生物微流控系統平臺集成了光學顯微鏡、生物芯片、微流體泵、微流體流速控制、電阻抗分析及用于圖像分析的電腦等。該系統平臺能夠完成細胞滾動/粘附、細胞遷移、細胞分選、細胞運動軌跡跟蹤、細胞數目統計分析等細胞分析及高通量細胞篩選分析。

                    生物微流控系統平臺在一定程度上可以看成是一個由多個不同的部件組合而成的系統平臺,該系統平臺主要包括四大部分:進樣系統、控制系統、生物芯片及分析系統。

                    進樣系統

                    帶有傳感器和PID控制的注射泵

                    帶有傳感器和PID控制的蠕動泵或氣動泵 

                    帶有傳感器和PID控制的壓力驅動泵 

                    電驅動(電場力驅動)

                    控制系統

                    流量計 

                    流量平臺

                    其他測量微流體流速的儀器 

                    生物芯片

                    生物芯片的主要材質有:玻璃、硅、石英、聚合物(PDMS、PMMA)等。  根據研究目的的不同,生物芯片通道表面需要做不同程度的處理,如親水或疏水處理、生物蛋白處理等。 此外,微流控芯片依據不同的用途又可分為液滴產生芯片、流速細胞芯片、微混合器芯片、微反應器芯片、電阻抗譜芯片等。對于某些特殊需求的芯片,如3D芯片通道、彎曲芯片通道、大寬度的芯片溝道等,均可實現定制需求。

                    分析系統 

                    電學分析

                    電化學阻抗分析——單細胞測量和計數

                    流體連接芯片夾具

                    光學分析

                    體視顯微鏡或熒光顯微鏡——蔡司、尼康、徠卡、奧林巴斯。

                    熒光檢測——細胞的生長和活動狀況、細胞膜和細胞組分的研究等

                    化學發光和生物發光檢測——發光強度可用于確定分析物的濃度,靈敏度和選擇性高、線性反應范圍寬,利于對分析物的定量分析。僅適用于特定化學發光試劑和細胞的研究。 

                    拉曼檢測——適用于對細胞及其生物分子的實時監測。

                    折射率檢測——避免了熒光標記和化學修飾對細胞的影響,適于對細胞自然狀態的檢測。該檢測對激光光源及對外部條件如溫度、壓力和流速的控制要求很高,特殊光學檢測結構的設計及光纖等的應用使得微流控折射率檢測系統更接近于芯片實驗室的概念。 

                    熱透鏡顯微檢測——可對單個細胞無創、實時檢測。 

                    表面等離子激元共振檢測——可對界面上生物分子相互作用的無標記實時監測,通過對生物反應過程中表面等離子激元共振的動態變化監測獲取生物分子相互作用的特異信號。檢測對象一般是具有配體和受體特異性結合性質的核算、蛋白質、酶及抗體等生物分子,尤其適合對免疫反應的過程監測和定量分析,這對分子特異反應的實時監測也用于細胞的檢測和傳感。

                         生物微流控系統平臺主要包括四大部分,用戶可根據研究目的需要而選擇合適的微流控部件,最后,將各部件組裝在一起便構成了一套微流控系統解決方案。

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