微孔板分析

阿斯利康中国创新研究中心（ICC）的科学家们开发了一项新技术，利用Tecan 全自动液体处理工作站Freedom EVO® 进行细胞培养微孔板自动化温控制备，进而完成药物候选化合物筛选。该研究团队在BD Matrigel&trade 加样前使用琼脂预涂微孔板，从而顺利地在96孔微孔板上实现3D细胞培养分析。 中国创新研究中心（ICC）是阿斯利康在中国上海张江高科技园区投建的研发基地。该中心于2007年正式投入使用，专注于调查研究影响亚洲人口健康的各类疾病，其中包括：胃癌、肝癌以及肺癌。该中心采用国际一流的先进技术解析这些癌症的遗传机理，并在临床上识别及确证相关的生物标记物和药物靶标。 由Yi Gu博士带领的细胞科学研究部门正在对这些疾病开展一项药物研究项目，希望通过筛选多种化合物来确定候选药物。3D细胞检测分析是该项目组基于采用BD Matrigel (BD Biosciences)作为细胞培养底物进行的二次药筛技术其中的一种。Matrigel是从EHS (Engelbreth-Holm-Swarm)小鼠肉瘤的可溶性基底膜抽提得到的细胞外蛋白凝胶复合物，能够诱导克隆细胞在标准细胞培养基表面通过不同方式生长（图1）。这些非均相构成诱发了克隆体的形成，非常适用于研究肿瘤细胞之间的粘附、生长、迁移及转移。由于克隆细胞很好地模仿了人体组织的生长与成型过程，因此研究人员能够在药筛最初期识别正确的化合物。 手工制板存在着明显的两个缺陷：容易出错且耗费时间，而通过使用全自动液体处理工作站Freedom EVO来提高检测通量并改善结果的一致性，无疑是最好的解决方案。这一自动化平台早已成熟应用于化合物梯度稀释和其他大量细胞检测实验中，可以在保持原有应用的基础上快速且低成本地修改应用程序。 ICC资深自动化科学家William Shi解释说：&ldquo 历来此类3D细胞检测都是在6孔板上进行的，由于样本需求量大且Matrigel底物处理比较复杂，因此手工制板十分困难。并且，这种6孔板型无法与大量试剂需求和大批量化合物筛选工作相匹配，因此我们开始着手不断寻找高性价比的方法。另一点很重要的是，Matrigel的异质组分具有较大表面张力且在微孔内分布不均，其低剂量加样非常困难，因此分析6孔板上的实验结果已经极其困难，更别提在96孔板内检测分析了。为了解决这一问题，我们先在微孔板上预涂一层薄薄的琼脂，然后再进行Matrigel加样。这种方法虽然解决了Matrigel的表面张力问题，却带来了如何平衡在50℃以下琼脂凝固与４℃以上Matrigel过度粘稠这两种物质的复杂加样问题。&rdquo 后来我们选用了全自动化液体处理工作站Freedom EVO，其中选配了多个温控载架，使得盛装琼脂和Matrigel的液槽一直保持适宜的温度，非常便于加样。整个加样过程都是由自动化系统的液体处理机械臂（LiHa）上的单通道完成，通过多次洗液注液循环实现预热或预冷，避免加样针堵塞。加样初期通过机械臂的多次注液将预热琼脂（55℃左右）加入提前预热的96孔板内，这样可以将琼脂冷却的可能性降到最低点，从而减少琼脂的用量，降低实验成本。随后，微孔板在载板架上经室温冷却15-20分钟，使得琼脂在加入Matrigel前得以凝固。 采用这种解决方案后，能在短短90分钟内完成6块微孔板的加样制备，而传统手工处理一天仅能完成3-4块微孔板的加样，两者形成鲜明对比。制备好的微孔板质量在使用自动化加样技术后也有了很大提升，避免了人工制板常出现的批对批、板对板、甚至孔对孔的误差问题。William总结道：&ldquo 这种高度一致性对药物筛选来说至关重要，高质量的实验结果数据有助于我们加快药物研发进程，Freedom EVO自动化平台独具的灵活性使得这一切能够轻松实现！&rdquo 更多关于Tecan　Freedom EVO液体处理工作站的信息请访问以下网站或询问当地Tecan员工／经销商：www.tecan.com/freedomevo 更多关于阿斯利康中国创新研究中心的信息，请访问以下网站：en.astrazeneca.com.cn BD和Matrigel是美国BD公司（Becton, Dickinson and Company）的注册商标。 Corining是美国康宁公司（Corining）的注册商标。 关于帝肯： 瑞士帝肯www.tecan.com是全球领先的生命科学与生物制药、法医和临床诊断领域自动化及解决方案供应商。公司成立于1980年，总部设在瑞士Mä nnedorf，分别在瑞士、北美和奥地利设有自己的研发和生产基地，目前公司主要经营的产品有三大类：全自动化液体处理平台( Liquid Handling&Robotics )、多功能酶标仪（Multimode Reader）和OEM组件；销售服务网络遍布世界52个国家，客户覆盖制药企业、生物技术公司、科研院所、法医、医院、血站系统和疾病控制中心（CDC）等。其液体处理技术已拥有行业经验30年，在全球处于领先地位，备受世界领先生命科学实验室的青睐。 帝肯（上海）贸易有限公司是瑞士帝肯集团公司亚太区总部，2008年4月成立于上海浦东。帝肯（上海）目前拥有一支专业的售前和售后服务团队，在科研、医院、血站和CDC领域构建了良好的经销网络，并以&ldquo 力求比客户期望做得更好&rdquo 的服务理念，给广大终端用户提供专业的服务。 欲知更多详情，请联系帝肯上海 市场部：Libby Zhu Tel: 021 2206 3206 / 010 8511 7823 Fax: 021 2206 5260 / 010 8511 8461 helpdesk-cn@tecan.com www.tecan.com

理化中心物理室承办《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度——第3部分：气体吸附法分析微孔》国家标准的审查会议 　　根据全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会“全国筛标委(2008)委字第010号”文的安排，2008年6月17日在湖南张家界天门山大酒店4楼小会议室召开了《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度—第3 部分：气体吸附法分析微孔》国家标准的审查会。参加会议的有全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会委员和中国颗粒测试学会测试专业委员会等专家35人。 　　会议由中国颗粒学会颗粒测试专业委员会胡荣泽主任主持。全国筛网筛分和颗粒分检方法标准化技术委员会的秘书长余方致辞，对参加标准审查会的各位专家表示热烈欢迎。 　　会议听取了北京市理化分析测试中心周素红关于《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度—第3 部分：气体吸附法分析微孔》国家标准(送审稿)的编制说明。随后，与会专家对标准送审稿逐条进行了认真讨论和审查，并提出修改意见24条。 　　与会专家对该国家标准送审稿按修改决议修改后一致同意审查通过。会议要求标准负责起草单位按修改决议修改标准送审稿，提出标准报批稿，尽快上报审批。同时认为上报的标准从内容上符合国内国情，满足生产需要，应尽早做好标准宣贯的准备，以利标准的实施。

近年来，多孔材料的开发和应用进展迅速，如多孔聚合物、多孔陶瓷、泡沫塑料、多孔金属材料等。这些材料具有一些共同的特点：密度小、孔隙率高、比表面积大，在化工、电化学、建筑、军工及航天等领域发挥着独特且重要的作用。与此同时，一些新兴领域也越来越多地应用多孔材料来解决相关问题，例如某新推出的电动汽车电池采用了多孔海绵状的纳米多孔硅，可抑制硅碳负极膨胀，从而大幅提高锂电池的容量，提升电动汽车的续航能力。多孔硅用于锂电池负极多孔材料孔结构的研究需要准确、简洁的表征技术。根据检测目的，一般可分为X射线小角度衍射法、气体吸附法、电子显微镜观察法、压汞法、气泡法、离心力法、透过法、核磁共振法等。目前，表征材料比表面积和孔径最普遍的方法是气体吸附法，即气体分子（吸附质）在被测材料（吸附剂）表面因为范德华力产生的吸附，通过测量样品的吸附等温线，采用等效代换的方法计算出材料比表面积和孔径的特征。当前国内比表面积的测量仪器主要分为2种，动态色谱法和静态法容量法均可，但孔径的测量方法则是国际通用的静态容量法，此方法测量孔径的范围从0.35nm到100nm以上，其中IUPAC对孔径做了分类，见下图， 纳米孔纳米孔：包括微孔、介孔和大孔；大孔：孔宽大于50nm的孔；Fe3O4、硅藻土等材料含此类孔；介孔：宽度介于2nm到50nm之间的孔；大多数超细粉体是在这一范围内；微孔：孔宽小于2nm的孔；活性炭，分子筛，沸石，MOF等材料中大都含有微孔，后面对微孔又做了细分和补充；极微孔：孔宽大于0.7nm的较宽微孔；超微孔：孔宽小于0.7nm的较窄微孔。1、 微孔测试难点对于微孔材料的孔径和孔体积进行分析是很困难的，如下图所示，在微孔内相对的两个孔壁距离很近，孔壁产生的作用势重叠，对吸附质分子的作用力比中孔和大孔大，在液氮温度77K下的N2吸附是微孔和介孔分析最常用的吸附质，此时气体分子的扩散速度和吸附平衡都很慢，填充0.35nm~1nm的孔要在相对压力10-9＜P/P0＜10-5间才会发生，为了达到微孔填充所需的较低相对压力需要涡轮分子泵级别真空，即整个真空系统需达到很高真空。2、 静态法高性能仪器针对微孔，超微孔以及极微孔的测试难点，国仪精测推出了静态法高性能UltraSorb仪器。静态法高性能UltraSorb仪器如上图所示，为保证整个测试过程的高真空度，UltraSorb仪器从分子泵、真空管路到样品管全体系采用金属面密封，通过VCR金属垫片连接。该仪器没有采用常规仪器所使用的石英样品管，而是采用了一种新型样品管——不锈钢焊接石英管。此样品管特点是：上部不锈钢部分与高性能UltraSorb仪器之间通过金属垫片进行硬连接，进一步提高整个仪器的密封性能，不锈钢焊接石英玻璃管的下部石英玻璃部分发挥石英玻璃样品管低导热性能，在实验测试中能够降低冷却液（液氮）挥发，从而提高液氮使用时间。为获取测试微孔所需较低相对压力，高性能UltraSorb仪器在提高真空系统真空度方面包括以下关键几点：1） 采用两级机械泵叠加涡轮分子泵协同工作实现更高真空。真空泵抽取真空将仪器系统降低到一定真空度后开启涡轮分子泵，通过高速旋转的旋叶将扩散至分子泵中的气体分子排出，从而减少真空体系中的气体分子，进一步实现更高的真空度。2）改进高真空涡轮分子泵连接方式。由于波纹管和O型密封圈在低真空下存在自身放气问题，将涡轮分子泵的连接方式进行了改进，传统仪器采用ISO-K连接方式，分子泵和波纹管通过O型圈密封；高性能仪器连接方式改为CF刀口法兰，即通过铜垫片将涡轮分子泵和高真空微焊管路系统进行连接，这种连接方式可以将分子泵极限真空度提高2个数量级。3）涡轮分子泵进气口采用轴向直连设置方式。较大的口径更便于气体分子的扩散，为了发挥涡轮分子泵的优势，设置分子泵轴向进气CF法兰连接方式，将工作口径优化到最大，且将涡轮分子泵和高真空微焊管路系统腔体采用CF刀口法兰直接连接的方式，可进一步提高整个系统真空度。4）优化气体管路，充分发挥分子泵优势。所有管路均为高真空微焊管路系统，全系统内管壁电抛光处理，管路之间采用金属面密封的VCR接口配件连接，克服O型圈密封在低真空下自身放气问题，确保高真空下漏气率达到1*10-11Pa.m3/S要求。5）配套的VCR接口气动阀门，消除电磁阀局部发热引入的测量误差。除此之外，高性能仪器还应用了高精度数字化压力测量以及数据采集系统，多量程压力传感器分段测量，工业标准RS485或RS232通讯模式，以及油浴控温腔，同位预处理方式等措施确保微孔测试数据的准确性。3、 总结静态法高性能UltraSorb仪器测试微孔标样测试结果见下图所示，相对压力P/P0最低可达到10-7，位于微孔分析相对压力区间，测试微孔的中值孔径为0.84nm，符合微孔标样的标准值，证明仪器在温度77K下氮气测试微孔完全可以满足要求。（国仪精测 供稿）