微流体

摘要\n微井因其使用方便而成为众多生物应用的热门捕获平台，3D形状的微井，如简单的2D剖面以外的圆锥形井，因其优越的3D癌症球体形成能力而备受关注。然而，制造这种锥形微阱需要复杂的制造工艺、繁琐的工艺和专门的设备。在此，我们发展了一种简单的单步制作技术，可以制作具有锥形底部的微阱。该方法通过光刻过程中的非均相聚合，在PDMS (聚二甲基硅氧烷)微流控通道中，在玻璃基底上形成聚乙二醇二丙烯酸酯锥形微阱。这种非圆柱状的形状是通过紫外线照射形成的，并在冲洗步骤中通过从PDMS微流控通道中去除多馀的未聚合单体而进一步发展。结合非均匀的光聚合反应，这种洗涤过程产生了具有三维锥形形态的微阱，提供了形状和均匀性的控制。值得注意的是，该技术允许对微阱表面形貌进行额外的控制，即褶皱和光滑的表面。最后，考察了乙醇流量对孔径的影响。

摘要\n本工作报告了一种基于丙烯酸酯-聚二甲基硅氧烷( PDMS )定制的光致聚合物的制备和3D打印，用于制作复杂形状的3D打印微流控芯片。通过在树脂制备过程中选择合适的材料并结合光基3D打印机设计的自由度，得到光学特性优良、化学稳定性高、力学性能好的3D微流控PDMS类芯片。此外，利用3D打印步骤后样品表面暴露的未反应官能团，通过紫外光引发接枝聚合技术，在后固化过程中，器件的表面性质容易被选择性地改性，相对于常规方法，在表面处理方面给打印器件带来了附加值。此处开发的PDMS基树脂的3D打印可能会通过降低制造成本和时间，从而改变PDMS微流控器件的制造方法，从而生产出形状复杂真实的3D微器件。

用于制作片上器官( OOC )应用的微流控芯片的表面修饰往往是一个耗时的过程，涉及芯片清洗、紫外( UV )曝光、蒸汽灭菌等。本文报道了一种简单、快速、经济的方法，利用标准生物安全柜内的紫外光，在微流控芯片上一步实现儿茶酚胺材料的光引发聚合和图形化。聚二甲基硅氧烷( PDMS )微流控器件中填充多巴胺和去甲肾上腺素单体，然后在紫外光照射下引发材料的聚合，为OOC的应用创造了一个高度可行的表面。我们考察了这些紫外光引发的表面涂层用于制造3种不同的OOCs的性能，微流控芯片通过3种不同的方式进行键合和修饰：1 )常规的氧等离子体键合微流控芯片填充单体溶液，然后暴露在紫外光下对表面进行修饰(等离子体键合，聚合物包复)；2 )流体层和玻璃基底均暴露在紫外光下对功能层进行包复，同时允许黏合蛋白将这2块结合在一起(紫外光键合，聚合物包复)；3 )通过掩膜将紫外光投射到聚二甲基硅氧烷( PDMS )基底上，形成流体壁微流控通道(投影包复)。3种技术中在紫外光照射聚合物涂层表面接种的Cath . a . differential ( CAD )细胞表现出明显的高细胞活力、细胞黏附、增殖、基因表达，与未涂层PDMS相比保留了功能性。UV引发的表面改性技术使用了一种极简的方法，使用较少的设备和现有的基础设施，如生物安全柜，来创建一个功能性的OOC。

微阱因其使用方便而成为许多生物应用的热门捕获平台。3D形状的微井，如简单的2D剖面以外的锥形井，由于其形成3D癌球体的优良能力而受到了极大的关注。然而，制造这种锥形微阱需要复杂的制造工艺、繁琐的工艺和专门的设备。本文提出了一种简单、单步制备锥形微阱的方法，在PDMS (聚二甲基硅氧烷)微流控通道中，通过光刻过程中的非均匀聚合，在玻璃基底上制备了聚丙烯酸乙二醇酯锥形微阱。这种非圆柱状的形状是通过紫外线照射形成的，并在冲洗步骤中通过从PDMS微流控通道中去除多馀的未聚合单体而进一步发展。结合非均匀的光聚合反应，这种洗涤过程产生了具有三维锥形形态的微阱，提供了形状和均匀性的控制。值得注意的是，该技术允许对微阱表面形貌进行额外的控制，即褶皱和光滑的表面。最后，研究了乙醇流量对孔径的影响。

由聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成的微流体系统提供了一个在定义良好的剪切应力下模拟模型系统中血管流动状况的平台。然而，在PDMS上物理吸附的细胞外基质( ECM )蛋白在高剪切应力条件下并不能可靠地附着，这给长期的实验带来了困难。为了克服这一局限性，我们用3 -氨丙基三乙氧基硅烷( APTES )对PDMS表面进行功能化修饰，通过不同的表面活化方法，使PDMS表面与胶原之间形成稳定的连接，并以此作为模型ECM蛋白。在10 ~ 40 dynes / cm2的壁面剪切应力下，用磷酸盐缓冲液( PBS )进行了微流控装置内蛋白质涂层的稳定性实验。为评估细胞黏附的稳定性，在剪切应力为20 ~ 150 dynes / cm2的多剪切装置中培养内皮细胞，APTES介导胶原涂层上的细胞在PBS ( p H 9 )中整个剪切应力范围内稳定48 h。结果表明，在高pH值下，APTES涂层表面与胶原分子之间的静电作用为高剪切应力条件下修饰PDMS基微流控器件进行长期内皮化提供了非常有前景的工具。

本文采用半固化PDMS技术，提出了一种简单高效的集成聚二甲基硅氧烷( PDMS )和印刷电路板( PCB )的键合技术。我们利用成熟的PCB技术制造微通道模具和加热电极，形成了一种低成本、大批量的制造方法。PDMS被应用于复制成型制作微流控芯片，同时固化的PDMS芯片与PCB基板上的半固化PDMS薄膜形成无缝可靠的键合。为了验证系统的可靠性，研究了PDMS薄膜与PCB基板以及PDMS芯片与PDMS薄膜的结合强度。本文还基于键合技术制作了连续流PCR ( CF-PCR )芯片的应用。获得成功的DNA扩增，并与常规PCR反应进行比较。所提出的键合方法是聚合物与PCB集成的一种很有前途的尝试，对于需要低成本、高效率和便携性的微流控应用来说，这种方法是至关重要的。

检测食品中的面筋含量，在到达消费者之前，成为一个重大挑战，在加工和运输过程中交叉污染是非常普遍的现象。本研究提出了一种检测醇溶蛋白的微流控电化学适体传感系统。传感器的制备涉及到它的修饰，采用二维纳米材料二硫化钼( MoS2 ) /石墨烯与金( Au )纳米粒子的复合。Aptamers是一串对醇溶蛋白非常特异的短核苷酸碱基，在此传感器中被用作生物标志物。铁-铁氰化物指示剂的电化学标准还原电位为~   530   mV。该装置集成了独特的基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的柔性微流控装置，用于样品的富集和便携。结果表明，该传感器的检测限为7 pM。总样品测定时间为20   min，线性范围为4 ~ 250   nM，R2值为0.982。对来自当地市场的不同面粉样品进行了检测，并添加了干扰分子以保证选择性。研究表明，该方法在实时醇溶蛋白检测中具有良好的应用前景。图形摘要[图形不可用：见全文]

微生理系统又称芯片上的器官，是用于体外模拟人体生理的微流控装置。聚二甲基硅氧烷( PDMS )是目前应用最广泛的芯片上器官材料，其制备方法和性能使其适用于低细胞毒性、光学透明、透气性等生物应用。然而，小分子的吸收和未交联低聚物的浸出可能会阻碍PDMS基片上器官用于药物发现检测。在此，我们设计了一个模块化的、无PDMS的微电生理系统，该系统能够重现PDMS器件中常见的生物屏障功能。我们的微生理系统由微流控芯片和气动微流控泵组成，以可编程压力和剪切应力驱动流动。模块化的体系结构和可编程泵使我们能够模拟多个体内微环境。首先，我们证明了在培养膜上产生循环应变的能力，并建立了肺泡气液界面模型。其次，利用三维有限元分析建模对装置内流体动力学进行了表征，建立了发生在肾小球滤过屏障处的压力驱动过滤模型。最后，我们证明我们的模型可以用于球鞘脂诱导的肾损伤的再造。总之，我们的研究结果表明，在不使用PDMS的情况下，可以构建一个多功能、模块化的微电生理系统。此外，我们在微流控装置中使用的生物惰性塑料适用于各种既定的、高通量的制造技术，如注射成型。因此，塑料片上器官的发展为满足日益增长的片上器官技术需求提供了途径。