微流体

本研究基于Ti3C2Tx MXene负载激光燃烧石墨烯( LBG )片状三维电极网络，开发了一种微流控通道和腔室的可穿戴电化学阻抗免疫传感器，用于人体汗液中无创性护理点皮质醇生物标志物检测。以聚二甲基硅氧烷( PDMS )为基底，制备了柔性可拉伸贴片传感器。然后，通过去除聚酰胺( PI )薄膜将LBG转移到PDMS基底上。激光线间隙导致激光烧损石墨烯片断开，从而降低了LBG电极的电化学性能。为了解决燃烧和转移引起的片间断开问题，将高导电Ti3C2Tx MXene负载到电极上。本文提出的柔性微流控系统采用三维( 3D )印刷模具和PDMS制作。将制作好的传感器附着在皮肤上采集汗液，通过通道将汗液通过自然压力迁移至气室。通过场发射扫描电子显微镜( FESEM )和X射线光电子能谱( XPS )证实Ti3C2Tx MXene成功负载，在优化参数下，Ti3C2Tx MXene / LBG / PDMS基贴片式皮质醇免疫传感器线性良好，检出限分别为0.01 ~ 100 n M和88 p M。通过分析可知，所开发的策略非常适合和符合护理点皮质醇生物标志物检测。

微流控芯片实验室细胞培养技术通过提供减少样品和试剂的数量以及加强对细胞微环境的控制而得到了广泛的应用。聚二甲基硅氧烷( PDMS )因其制备工艺廉价易得、无毒、生物相容性好、透气性高、光学透明等优点，是微流控细胞培养装置常用的聚合物。然而PDMS固有的疏水性质使得细胞播种在PDMS表面时具有挑战性。PDMS表面的疏水性还允许对可能影响细胞行为和功能的小分子和生物分子进行非特异性吸收/吸附。PDMS表面的亲水改性对于成功的细胞播种是必不可少的。本综述整理了用于改善PDMS亲水性以利于内皮细胞在PDMS器件中播种的不同技术及其优缺点。

微流控芯片实验室细胞培养技术通过提供减少样品和试剂的数量以及加强对细胞微环境的控制而得到了广泛的应用。聚二甲基硅氧烷( PDMS )因其制备工艺廉价易得、无毒、生物相容性好、透气性高、光学透明等优点，是微流控细胞培养装置常用的聚合物。然而PDMS固有的疏水性质使得细胞播种在PDMS表面时具有挑战性。PDMS表面的疏水性还允许对可能影响细胞行为和功能的小分子和生物分子进行非特异性吸收/吸附。PDMS表面的亲水改性对于成功的细胞播种是必不可少的。本综述整理了用于改善PDMS亲水性以利于内皮细胞在PDMS器件中播种的不同技术及其优缺点。

在缩小核磁共振波谱系统和实现小样品量的高分辨率化学分析方面做了一些尝试。然而，由于在对样品进行局部激励和用微型线圈进行信号检测时，对检测器内部分析物的精确采样提出了严格的要求，微型化并不简单。不完善的线圈几何结构和线圈周围环境的不均匀性对信号质量有不利影响，阻碍了微型核磁共振系统的进一步发展。为了解决这一挑战，一种新型的单片晶圆自组装微线圈被集成到微流控电路中，检测体积为1.5 n L。微线圈完全封装在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中，允许通过检测器内部简化和精确地供给一个分析物。由于它们的结构，随着内绕组触及分析物，微线圈具有几乎100 %的填充因子。磁场不均匀性通过定义良好的微管结构和磁化率匹配导体来减小。该方法得到的谱线宽只有8 ppb，而没有修剪的谱线宽只有22 ppb。该方法促进了下一代小型化分析核磁共振系统的实现，用于产品监测、安全验证、医学测试和材料评价。

近十年来，微流控芯片上肠模型作为研究健康和疾病中肠道功能的新平台不断出现。这些微生理系统以机械线索的形式或通过多种细胞类型和/或肠道微生物素的掺入，增加了微环境背景，从而更好地反映了肠道的结构和生理。本文综述了目前的芯片上肠模型，区分了基于细胞或类器官的模型和应用体外组织活检的模型，以及芯片上肠模型在研究宿主-微生物相互作用和肠道疾病方面的进展和需要克服的障碍。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )是制作微流控器件的基准。流体芯片可以通过多种方法生产，包括软光刻、剥离和打印以及冲压。为此，人们对改性PDMS前驱体及其它高分子化学进行了探索。但是，在许多情况下，PDMS的使用可能会被采纳，默认情况下，不必质疑它是否是预期结果的最理想材料。在这里，重点是围绕PDMS化学的独特性和局限性，对其在微流控器件制造中的应用产生批判性的认识。将基于PDMS的材料与在微流控领域发现的与它们作为潜在PDMS替代品使用相关的数据相对较少的替代品进行对比。我们从设计微流控应用的下一代材料方面来评价我们在哪里。此外，本文希望通过突出微流控材料选择中最重要的结构/性能关系来帮助微流控研究者。

组织屏障通过建立组织分隔和调节器官稳态在人体生理中发挥重要作用。在细胞外基质( ECM )与流动流体的界面处，上皮和内皮屏障负责溶质和气体交换。在过去的十年里，微流控技术和芯片上的器官设备成为流行，因为体外模型能够重复使用这些生物屏障。然而，在传统的微流控装置中，细胞屏障主要生长在聚二甲基硅氧烷( PDMS )通道内的硬聚合物膜上，这些膜既不模拟细胞与ECM的相互作用，也不允许将基质组织或血管结构等其他细胞血管结构。为了开发精确地解释组织屏障的细胞和脱细胞间隔不同的模型，研究者们将水凝胶集成到微流控芯片上进行组织屏障研究，或者作为芯片内部的细胞底物，或者作为自包含的器件。这些生物材料提供了组织屏障的软力学性能，并允许基质细胞的嵌入。水凝胶与微流控技术相结合为更好地在体外重建包括细胞成分和体内组织功能在内的组织屏障模型提供了独特的机会。这些平台有可能大大提高体外系统在药物开发或疾病建模等应用中的预测能力。尽管如此，它们的发展在其微制造方面也并非没有挑战。本文将就近年来驱动水凝胶微流控平台的制备及其在多种组织屏障模型中的应用进展。

细胞感知和响应周围微环境的机械信号的能力是组织工程和再生中的关键问题之一，然而，对既有细胞观察又有机械刺激的细胞进行基础研究具有挑战性，应以适当的微器件为基础。我们设计并制作了一个两层微流控芯片，可以同时观察活细胞和循环拉伸的弹性聚合物聚二甲基硅氧烷( PDMS )，表面修饰以增强细胞粘附。人间充质干细胞( hMSCs )的频率范围为0.00003 ~ 2Hz，振幅为2 %、5 %或10 %。初始随机取向的细胞在大于阈值的频率下被证实是垂直于拉伸方向的重取向，我们称之为临界频率( fc )，且临界频率fc与振幅有关。我们进一步引入了临界拉伸速率( Rc )的概念，发现该量可以统一频率和振幅依赖关系。本研究中Rc的倒数为8.3 min，与文献报道的肌动蛋白丝周转时间一致，提示细胞骨架内的超分子弛豫可能是细胞底层的机械性转导所致。基于单轴循环拉伸下的二维张拉整体模型的细胞重定向理论计算与我们的实验吻合较好。上述发现为生物材料在生物力学刺激下，临界频率和临界拉伸速率在细胞调控中的关键作用提供了新的认识。

提出了一种集成聚合物基磁流体动力学( MHD )泵，该泵可在闭路装置中驱动盐水流体。MHD泵由于能够在不需要任何运动部件的情况下提供较高的推进力，因而对片上实验室应用具有吸引力。与其他MHD器件不同，钕铁硼-聚二甲基硅氧烷永磁复合基底中既包含激光诱导石墨烯( LIG )电极，也包含钕铁硼磁通源，显示了较高的集成度。研究了将LIG薄膜从聚酰亚胺转移到磁性复合基板上的效果。实现了集成磁流体动力泵的无扰流气泡运行。在所研究的情况下，泵的流量为28.1 µ L / min，功耗为~ 1 mW。

提出了一种集成聚合物基磁流体动力学( MHD )泵，该泵可在闭路装置中驱动盐水流体。MHD泵由于能够在不需要任何运动部件的情况下提供较高的推进力，因而对片上实验室应用具有吸引力。与其他MHD器件不同，钕铁硼-聚二甲基硅氧烷永磁复合基底中既包含激光诱导石墨烯( LIG )电极，也包含钕铁硼磁通源，显示了较高的集成度。研究了将LIG薄膜从聚酰亚胺转移到磁性复合基板上的效果。实现了集成磁流体动力泵的无扰流气泡运行。在所研究的情况下，泵的流量为28.1 µ L / min，功耗为~ 1 mW。