微流体

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。

微流控梯度生成器已被用于研究许多生物系统中细胞的迁移、生长和药物反应。一种装置将水凝胶和聚二甲基硅氧烷( PDMS )结合在一起，产生“无流动”梯度，然而，它们对负流或外部夹钳保持两层之间流体密封的要求限制了它们在更广泛的应用中的效用。本工作利用巯基-烯化学，研制了一种双层、无流动的微流控梯度发生器。采用碱催化迈克尔加成法，以市售单体为原料，在常温常压下合成了刚性巯基丙烯酸酯微流控树脂( TAMR )和扩散型巯基丙烯酸酯水凝胶( H )层。该装置由三个平行的微流控通道组成，负印迹在TAMR层上的巯基-丙烯酸酯水凝胶上，以促进化学品向流动方向的正交扩散。接触时，由于两层之间有很强的粘着作用，这两层形成了无任何外压的液密通道。实验(荧光显微镜)和计算( COMSOL )均证实了分子通过TAMR / H体系的扩散。本实验通过研究一株表达GFP的移动性大肠杆菌的化学排斥反应，将TAMR / H系统的性能与常规PDMS /琼脂糖装置具有相似几何结构进行比较。基于群体的分析证实了野生型和突变型大肠杆菌在两种微流控装置中都具有相似的迁移性响应。这证实TAMR / H混合系统是一种可行的替代传统PDMS微流控梯度发生器，可用于多个不同的应用。

近年来，微滴在生物技术和化学领域的应用研究取得了显著进展，但单微米尺度微滴稳定生成技术尚未建立。在本文中，我们开发了一种高效、稳定的基于液滴尾部破碎的单微米尺度液滴生成装置，称为“尾线模式”，它出现在中等流量条件下。这种方法可以高效地将模拟细胞和化工产品的微珠封装在被动生成的单微米级微滴中。该装置具有简单的二维结构，一个T型结用于液滴生成，在下游设计多分支通道，用于液滴变形进入尾部。尾巴破碎成功地产生了1 ~ 2个µ m液滴，这种连续分裂是由分支通道诱导的。我们考察了多种实验条件，发现与传统的叶顶流方法相比，最佳流速条件可以降低到十分之一。采用简单的软光刻技术制作了模具，并利用该模具制作了聚二甲基硅氧烷( PDMS )器件。综合15种模式的实验条件和结果，考察了该装置中微滴产生的关键因素。在最高效的条件下，生成的总液滴中61.1 %小于2μm。

近年来，微滴在生物技术和化学领域的应用研究取得了显著进展，但单微米尺度微滴稳定生成技术尚未建立。在本文中，我们开发了一种高效、稳定的基于液滴尾部破碎的单微米尺度液滴生成装置，称为“尾线模式”，它出现在中等流量条件下。这种方法可以高效地将模拟细胞和化工产品的微珠封装在被动生成的单微米级微滴中。该装置具有简单的二维结构；a T型接头用于产生液滴；在下游，多分支通道被设计用于液滴变形进入尾部。通过尾部破碎，成功制备了1 ~ 2个µ m液滴；这种持续分裂是由分支通道诱导的。我们考察了多种实验条件，发现与传统的叶顶流方法相比，最佳流速条件可以降低到十分之一。采用简单的软光刻技术制作了模具，并利用该模具制作了聚二甲基硅氧烷( PDMS )器件。综合15种模式的实验条件和结果，考察了该装置中微滴产生的关键因素。在最高效的条件下，生成的总液滴中61.1 %小于2μm。

近年来，片上器官( OoC )系统引起了不同学科研究者越来越多的兴趣。OoCs以微型化的方式使体内样微环境的再创造和广泛不同组织或器官的或器官。通常，OoC平台是基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成的微流控芯片，PDMS具有良好的生物相容性、透氧性和快速成型性，但其对小分子疏水分子(包括多种测试化合物、激素和细胞因子)的吸附能力有限。OoC系统的另一个共同特点是膜的集成( i )分离不同的组织室，( ii )将对流灌注限制在介质通道，( iii )为细胞单层提供机械支持。通常，多孔聚合物膜是通过轨迹刻蚀(例如聚对苯二甲酸乙二酯)来显微结构的；PET )或光刻(如PDMS )。虽然已经利用了不同生物力学性质的膜(刚性PET到弹性PDMS )，但膜结构和材料大多停留在人工状态，与体内条件(细胞外基质)不相似。在此，我们报道了一种利用激光结构的聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )在OoC模块中可靠制备和集成电纺膜的方法，选择PMMA作为基材，在避免吸收问题的同时提供了类似PDMS的光学参数和生物相容性。利用静电纺丝技术生成3D膜，可以生成类似于原生细胞外基质( ECM )的微环境。我们对两种不同的电纺膜进行了测试，并建立了紧密集成到PMMA模块中的工艺。人(微血管)内皮和(视网膜色素)上皮细胞层可在系统内成功培养7天，而直接接触(内皮细胞)或保护(上皮细胞)不受剪切流的影响。

秀丽隐杆线虫( Caenorhabditiselegans，C .秀丽隐杆线虫)已成为研究宿主-微生物相互作用和与人类病原体相关的细菌感染的重要模型。因此，评估被摄食细菌在蠕虫肠道内的命运是非常有兴趣的，特别是在正常的细菌消化或被病原体定植肠道方面。在这里，我们报告了对线虫肠道细菌的体内研究。我们利用一种聚二甲基硅氧烷( PDMS )微流控装置，能够在生理条件下对成年蠕虫进行被动固定化。利用表达pH敏感或pH不敏感荧光报告基因的非致病性大肠杆菌( Escherichia coli，E.coli )和荧光标记的不可消化微珠进行了不同的检测。通过时移成像方便地监测虫体肠道内细菌负荷的动态荧光模式。观察到由于肠道蠕动活性引起的细菌负荷的循环运动，并通过对虫体肠道的高分辨率荧光成像来表征大肠杆菌的生化消化。我们可以区分个体完整的细菌和与能被消化的破坏细菌相关的弥散信号。从弥散荧光信号的衰减情况看，我们确定了一个消化时间常数为14±4s。为了评估利用该平台进行感染检测的可能性，我们将固定化线虫饲喂致病性海洋分枝杆菌( Mycobacterium marinum，M. marinum )。我们分析了细菌在N2蠕虫肠道中的命运和积累以及在一个hsp-6：：gfp突变体中线粒体的应激反应。

秀丽隐杆线虫( Caenorhabditiselegans，C .秀丽隐杆线虫)已成为研究宿主-微生物相互作用和与人类病原体相关的细菌感染的重要模型。因此，评估蠕虫肠道内被摄食细菌的命运是非常有兴趣的，特别是关于正常的细菌消化或肠道被病原体定植。在这里，我们报告了对线虫肠道细菌的体内研究。我们利用一种聚二甲基硅氧烷( PDMS )微流控装置，能够在生理条件下对成年蠕虫进行被动固定化。利用表达pH敏感或pH不敏感荧光报告基因的非致病性大肠杆菌( Escherichia coli，E.coli )和荧光标记的不可消化微珠进行了不同的检测。通过时移成像方便地监测虫体肠道内细菌负荷的动态荧光模式。观察到由于肠道蠕动活性引起的细菌负荷的循环运动，并通过对虫体肠道的高分辨率荧光成像来表征大肠杆菌的生化消化。我们可以区分个体完整的细菌和与能被消化的破坏细菌相关的弥散信号。从弥散荧光信号的衰减情况看，我们确定了一个消化时间常数为14±4s。为了评估利用该平台进行感染检测的可能性，我们将固定化线虫饲喂致病性海洋分枝杆菌( Mycobacterium marinum，M. marinum )。我们分析了细菌在N2蠕虫肠道中的命运和积累以及在一个hsp-6：：gfp突变体中线粒体的应激反应。

用于临床和研究目的的辅助生殖技术依赖于短暂的体外胚胎培养，尽管经过几十年的发展，但与生理环境相比仍不理想。改进这一技术的一个很有前途的工具是贝辐微流控室的研制。在此，我们提出并验证了一种用于小鼠早期胚胎培养的聚二甲基硅氧烷( PDMS )新型微流控装置。设备材料和设计使胚胎兼容并产生最小的压力。纤维连接蛋白包被装置上的囊胚形成、孵化、附着和外生形成与传统的微滴法相似。囊胚细胞总数及向滋养外胚层和内胚层细胞群的分布不受影响。该装置用于培养10 - 12个胚胎。发育速率、线粒体极化和关键能量底物葡萄糖、丙酮酸和乳酸的代谢周转与微滴对照组10个胚胎组一致。每个装置增加40个胚胎的群体大小与发育速度的变化和新陈代谢的改变有关。装置培养没有干扰囊胚基因的表达，但确实引起了胚胎代谢物的变化，这可以归因于PDMS的底物淋洗，值得进一步研究。本文受着作权保护。所有权利保留。

聚合酶链式反应( PCR )常用于扩增和定量核酸片段，通常采用台式热循环仪。为了使PCR过程自动化、集成化和微型化，在微流控环境中研究了几种策略。其中，基于连续流的微流控PCR允许使用零排放体积的快速热循环，以最少的反应时间与复用。目的：研制一种可在独立设计的便携式、易用、低成本、自动化、小型化的温控平台( TCP )上进行DNA扩增的微流控装置。方法：采用直接激光写入器( DLW )，利用干膜光刻胶( DFR )在玻璃上制作主控器；进一步，研制了基于PDMS的微流控装置，其尺寸为30 ( L ) ×0.32 mm2 ( W ) ×35 µ m ( H )，采用氧等离子体键合在玻璃上。便携式设备展示了使用物联网平台进行实时数据流的关键特性，可方便地对智能手机进行数据访问、监测和存储。该装置的温度灵敏度为±0.5℃，最高可达温度为300℃，微流控装置置于TCP上。采用自动注射器泵，在各种流量下引入反应体积20µL。作为概念的证明，本实验在该平台上成功扩增了594碱基对的大鼠GAPDH基因，并通过凝胶电泳方法进行了验证。最后，将本文装置得到的结果与结果与常规热循环器进行了比较，该装置具有良好的装置效率和低功耗，显著缩短了所需的放大时间，具有良好的性能和新颖性。

利用声波进行微流体聚集已在化学、生物学和医学等领域得到广泛的应用。虽然对声泳聚集机理进行了大量的实验和分析研究，但对器件优化设计的研究较少。本文对悬浮在可压缩液体中的微粒的声泳现象进行了数值研究。矩形微通道的壁面采用聚二甲基硅氧烷( PDMS )，从底壁向通道中引入驻波声表面波( SSAW )。首先，对0.1 ~ 15μm不同半径的颗粒进行声辐射力和黏性曳力的相对幅值评估。只有当颗粒尺寸大于某一临界值时，颗粒才会在声压节点( PNs )处堆积，颗粒堆积的效率取决于微通道高度，因此进行广泛的参数研究，以确定最佳微通道高度。当声波波长正常化时，最佳高度在0.57 - 0.82之间。这些发现为声光器件的设计提供了见解。