微流体

在生物体系中发现的初级脂肪酸酰胺的固有微量给分析和定量带来了挑战，需要一个高度敏感的检测系统。微流控技术的使用提供了一种绿色的样品制备和分析技术，通过嵌入在聚二甲基硅氧烷( PDMS )装置中的微米级通道的小体积流体流动。微流控学提供了一个微型全分析系统的潜力，在不增加样品处理的情况下完成色谱分离、荧光标记反应和检测。本研究描述了一种可用于荧光标记的初级脂肪酸胺超痕量水平检测的微流控-激光诱导荧光( LIF )分析检测系统的开发和优化。设计并制作了一种PDMS微流控装置，用于集成液滴基流动。液滴微流控技术使得芯片上的荧光标记反应能够快速高效地进行，无需额外的样品处理。优化后的LIF光学检测系统在亚fmol水平( 436amol )提供了荧光标记的初级脂肪酸胺检测。该LIF检测方法具有无可比拟的灵敏度，检测限比目前使用的LC - MS技术低几个数量级，可作为基于MS的组学研究的补充定量平台。

基于纳米粒子的药物递送系统与高亲和力的疾病特异性靶向配体结合，为肿瘤治疗提供了广阔的前景。由于抗体具有高度的多样性和对靶细胞的特异性，抗体被广泛用于为众多的纳米颗粒系统提供生物活性。然而，用这些靶向配体组装纳米颗粒( NPs )仍是一个挑战。在此背景下，配体密度和取向等决定因素对抗体生物活性起着重要作用，然而传统的体标记方法中这些因素的控制比较复杂。在此，我们提出了一种微流控辅助的方法，利用聚二甲基硅氧烷( PDMS ) Y型微反应器，将靶向HER2 (人表皮生长因子受体2 )的重组抗体Trastuzumab ( TZB )通过1 -乙基-3 - ( 3 -二甲氨基丙基)碳二亚胺( EDC )和N-羟基亚硫酸琥珀酰亚胺( sNHS )介导的生物偶联反应，与阿霉素负载的PLGA /壳聚糖纳米粒( PLGA / DOX / Ch NPs )共价偶联。我们的标记方法使得纳米粒子-抗体偶联物在药物释放动力学( DDSolver拟合和分析)、细胞摄取/标记以及体外对HER2  乳腺癌细胞的细胞毒活性等方面与体标记纳米粒子相比，表现出更小和更少的分散。通过控制NP-抗体在层流区的相互作用，我们成功地优化了NP标记抗体的方法，得到了具有最佳生物活性取向和密度的有序电晕，提供了一种廉价且重复性好的一步标记球形目标分子的方法。

半导体行业污染物的有效清洗是确保电子产品良好质量的决定性因素。这里我们采用超高频声学方法对DTI结构顶部的流体进行动态润湿表征。将利用置于结构顶部的PDMS微通道建立流体的动力学，以获得尽可能接近工业过程中使用的条件。DTI结构的湿润状态是根据测得的声反射系数来确定的。

纳米粒子( NPs )被用于各种医药应用。外泌体( Exosomes )是一种生物衍生的纳米颗粒，是通过从体液中分离和浓缩而获得的生物标志物。基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的微通道具有高透气性和低细胞毒性等优点，适合于纳米颗粒的精细处理。然而，纳米颗粒的大比表面积可能导致非特异性吸附在器件基底上，从而造成样品的损失。因此，了解NP在微通道上的吸附情况对用于NP处理的微流控器件的运行至关重要。本文利用原子力显微镜对NP在PDMS基片和微通道上的吸附行为进行了表征，并将NP的吸附行为与NP的静电作用和分散介质性质联系起来。当聚苯乙烯NP分散体以恒定的流速引入PDMS基微通道时，随着NP和微通道zeta电位的降低(即随着pH的升高)，吸附的纳米颗粒数量减少，表明微通道与纳米颗粒之间的静电作用增强了它们的斥力。在恒定流速下，将exosome分散体引入不同润湿性的PDMS微通道中，exosome的吸附以静电作用为主。所得结果将有助于PDMS基微流控装置对纳米颗粒的预富集、分离和传感。

纳米粒子( NPs )被用于各种医药应用。外泌体( Exosomes )是一种生物衍生的纳米颗粒，是通过从体液中分离和浓缩而获得的生物标志物。基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的微通道具有高透气性和低细胞毒性等优点，适合于纳米颗粒的精细处理。然而，纳米颗粒的大比表面积可能导致非特异性吸附在器件基底上，从而造成样品的损失。因此，了解NP在微通道上的吸附情况对用于NP处理的微流控器件的运行至关重要。本文利用原子力显微镜对NP在PDMS基片和微通道上的吸附行为进行了表征，并将NP的吸附行为与NP的静电作用和分散介质性质联系起来。当聚苯乙烯NP分散体以恒定的流速引入PDMS基微通道时，随着NP和微通道zeta电位的降低(即随着pH的升高)，吸附的纳米颗粒数量减少，表明微通道与纳米颗粒之间的静电作用增强了它们的斥力。在恒定流速下，将exosome分散体引入不同润湿性的PDMS微通道中，exosome的吸附以静电作用为主。所得结果将有助于PDMS基微流控装置对纳米颗粒的预富集、分离和传感。

将PDMS (聚二甲基硅氧烷)微流控通道与紫外可见光纤光谱仪和新型合成的比色探针集成到基于光流控的芯片实验室装置中，实现了氟离子的高灵敏实时定量测量。在微流控装置中设计了一个‘S’形微通道，作为微反应器，以利于合成的比色探针(传感器)与F ¯离子的连续反应。在此反应后，在微流控器件的下游检测区使用紫外-可见光探针捕获其光谱并实时呈现为F ¯浓度。初步研究了- OH、- NH和- NO2等多种结合基团和发色基团的多色变比色探针对F ¯离子的高灵敏度和高选择性，检出限为0.79 ppm。对所研制的光流化装置的性能进行了评价，用于包括真实样品在内的F ¯离子的选择性、敏感性检测，优于常规方法。该技术具有样品用量少、分析快速、灵敏度高、可移植等优点。提出的新型片上Lab-on-a器件为跨越宽扇区所需F ¯离子的实时分析提供了许多竞争优势。

近几十年来微流控技术的出现和普及几乎完全依赖于弹性体聚二甲基硅氧烷( PDMS )，PDMS在微流控研究领域取得成功的主要原因是其适合于快速成型和简单的键合方法。PDMS允许通过复制品的模压和通过各种既定的策略键合到不同的基底上进行精确的微结构。然而，PDMS基芯片制造的低可扩展性和高昂的材料成本阻碍了大规模生产和商业化的努力。此外，PDMS的基本局限性，如小分子吸收和高水分蒸发等，导致了向无PDMS体系的转变。热塑性弹性体( TPE )是一种很有前途的替代品，兼具热塑性材料和弹性体的性能。这里，我们提出了一种基于聚碳酸酯( PC )和TPE混合材料的微流控系统快速、可扩展的制备方法。PC / TPE - hybrid模块是通过在TPE中热压印精确特征，同时通过热熔连接将柔性TPE熔接到刚性热塑性层中而形成的。与TPE单独使用相比，刚性复合材料在保持TPE关键优势的同时，提高了器件的操控性能。在快速简单的工艺中，PC / TPE-杂化物既可以与几种类型的热塑性塑料结合，也可以与玻璃基板结合。即使在高温潮湿的环境中暴露7天后，所得到的键强度仍能承受至少7.5 bar的外加压力，这使得PC / TPE - hybrid适合于大多数微流控芯片的应用。此外，我们还证明了PC / TPE-杂化材料在生物相容性的同时对小分子的吸收率低，是一种适合微流控生物技术应用的材料。

近几十年来微流控技术的出现和普及几乎完全依赖于弹性体聚二甲基硅氧烷( PDMS )，PDMS在微流控研究领域取得成功的主要原因是其适合于快速成型和简单的键合方法。PDMS允许通过复制品的模压和通过各种既定的策略键合到不同的基底上进行精确的微结构。然而，PDMS基芯片制造的低可扩展性和高昂的材料成本阻碍了大规模生产和商业化的努力。此外，PDMS的基本局限性，如小分子吸收和高水分蒸发等，导致了向无PDMS体系的转变。热塑性弹性体( TPE )是一种很有前途的替代品，兼具热塑性材料和弹性体的性能。这里，我们提出了一种基于聚碳酸酯( PC )和TPE混合材料的微流控系统快速、可扩展的制备方法。PC / TPE - hybrid模块是通过在TPE中热压印精确特征，同时通过热熔连接将柔性TPE熔接到刚性热塑性层中而形成的。与TPE单独使用相比，刚性复合材料在保持TPE关键优势的同时，提高了器件的操控性能。在快速简单的工艺中，PC / TPE-杂化物既可以与几种类型的热塑性塑料结合，也可以与玻璃基板结合。即使在高温潮湿的环境中暴露7天后，所得到的键强度仍能承受至少7.5 bar的外加压力，这使得PC / TPE - hybrid适合于大多数微流控芯片的应用。此外，我们还证明了PC / TPE-杂化材料在生物相容性的同时对小分子的吸收率低，是一种适合微流控生物技术应用的材料。

不断有证据表明，癌症不仅是基因突变的疾病，而且是细胞和微环境的机械生物学特性改变的疾病。这种与突变无关的元件可能是促进癌症发展和传播的关键因素。生物机械力通过固体应力、基质力学、间质压力和流动来调节肿瘤微环境。肿瘤生长和间质组织所产生的压应力改变了细胞的变形，使细胞的生物物理特性恢复生长、分化、扩散或侵袭。这种固体应力可以通过外部引入来改变细胞的响应，并通过动态压缩机械地诱导细胞裂解。在本工作中，我们报道了一个微流控细胞培养平台，该平台带有一个集成的、主动调制的执行器，可用于压缩力对癌细胞的应用。我们的平台由一个控制微通道在顶层引入外力和一个带有整体式驱动器的聚二甲基硅氧烷( PDMS )膜组成。该集成驱动器被称为微活塞，通过调节微活塞的气体压力、定位、形状和尺寸，以动态和可控的方式对SKOV-3卵巢癌细胞施加压缩。我们报道了平台的制作、机械驱动器的实验和计算表征以及装置中细胞的加载和培养。我们进一步展示了利用该驱动器在生理压力水平上进行重复的动态细胞压缩和机械细胞溶解，证明了机械刺激适合用来研究压力在肿瘤微环境中的作用。最后，我们将我们装置中的细胞压缩应用扩展到研究周期性压缩细胞中机械生物相关蛋白和核轮廓。

在PDMS (聚二甲基硅氧烷)微流控系统中得到内皮衬里的血管模型，在生理剪切应力作用下血管内皮细胞生长，允许类成熟。本实验模型用于强化给药研究，旨在表征微泡超声空化作用下内皮通透性增加。我们开发了一个多步协议来耦合光学和声学装置，这得益于一个3D打印的共振室，提供了直接的光学接入和支持美国换能器。然后用一个自定义的代码来量化间隙面积和相关统计量来分析空化诱导的内皮间隙开放。我们表明，在微泡存在的情况下，接触美国显著增加了内皮的通透性，组织的完整性在45分钟内完全恢复。该协议以及微流控平台的多功能性，可以定量地描述空化诱导的事件，以便其在临床上的潜在应用。