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微流控浓度梯度芯片的应用

汶颢芯片

2016/07/01

其他仪器综合讨论

一．简介
在微流控芯片通道网络中，流体主要做层流流动，因此当两种或多种不同试剂流入同一通道时，各试剂能够保持各自流型不变，而只在相与相接触面上发生反应或分子扩散现象，形成的浓度梯度具有较高的稳定性和重现性，且通过改变通道网络的构型设计及初始液流的浓度和组合顺序，可以获得一系列复杂的浓度梯度,利用微流控浓度梯度芯片可以模拟外界环境，建立化学物质浓度梯度，在细胞以及个体水平上研究生物体对外界环境变化的反应。该技术已广泛应用于药物筛选,模式生物趋化，毒性评价等研究领域。
二．应用领域
药物筛选
随着新药开发技术的发展，对新药化合物的活性实验从早期的验证性实验已经逐渐转变成筛选性实验，即所谓的药物筛选。借助于组合化学和计算化学的发展，人们开始有能力在短时间内合成和分离多种化合物，因而在现代新药开发过程中药物筛选已经成为新药开发过程中的重要环节之一。微流控浓度梯度芯片进行药物筛选实验时，与传统多孔板技术相比，省去了配置和分配多种药物不同浓度溶液的繁杂操作，大大简化了细胞铺板、上药、洗涤、标记等操作过程，在显著减少细胞和试剂耗量的同时,进行高通量地删选。

模式生物趋化
模式生物能对液体和空气中传播的化学物质产生反应，感受到微摩尔浓度范围的水溶性引发剂和挥发性物质，从而产生趋向或回避行为。能否成功的提供可控的浓度梯度成为研究模式生物趋化行为的关键。微流控浓度梯度芯片能够自由控制和创建化学物质浓度梯度，形成浓度梯度时间短，提供的实验条件重复性高等特点，成为研究模式生物趋化行为的有利工具。

毒性评价
微流控浓度梯度芯片能够生成不同的化学因子浓度梯度作用于海洋微藻、斑马鱼等受试对象，通过受试对象在不同浓度化学因子刺激下，将其生化反应作为反馈信号进行化学因子毒性评价。
我们提供的浓度梯度芯片基于层流扩散的原理，形成的浓度梯度具有较高的稳定性和重现性，与传统的“圣诞树”型浓度梯度生成器生成的相对单一的浓度梯度不同，我们可以通过改变通道网络设计，生成包括线性、指数等多种浓度梯度。图1为线性八梯度芯片示意图，其中Input(A）为样本溶液入口，Input(B)为缓冲溶液入口，样本溶液次第向下与缓冲溶液混合形成浓度梯度，出口处浓度见表1。芯片上集成浓度梯度生成器的同时，可以按照客户需求集成多功能培养单元。在材料的选择方面，可以提供PMMA、玻璃、PDMS等多种材质供用户选择。

图1.微流控线性八梯度芯片示意图

表1.线性八梯度浓度梯度芯片出口处浓度
出口
1
2
3
4
5
6
7
8
浓度
0
(1/7)C
(2/7)C
(3/7)C
(4/7)C
(5/7)C
(6/7)C
C

注：C为样本溶液浓度。
表征结果
使用PMMA材质的线性八梯度芯片进行荧光表征，图2为通入流量均为1μL/min的FITC水溶液和去离子水在芯片出口处形成的荧光图，使用Image-pro软件进行荧光强度分析。从图中可以看出，出口荧光强度保持良好的线性关系。

图2.线性八梯度芯片荧光表征

使用说明
1.Input(A)流量等于Input(B)流量;
2.样本溶液与缓冲溶液为黏度相近的稀溶液;
3.注液时需先将通道中注满缓冲溶液避免通道中产生气泡;
4.入口流量小于2μL/min.

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