微流体

从阵列微阱中回收感兴趣的单个细胞用于进一步的芯片外分析，在众多的生物学应用中至关重要。为此，人们发展了多种单细胞操控策略，其中光镊( OT )是一种独特的非接触式细胞检索方法，的非特异性粘附，其性能往往不理想。在本研究中，我们主要致力于改善微阱阵列的表面化学，以确保使用OT进行有效的单细胞操控。为此，在非化学计量的巯基-烯-环氧( OSTE )微阱阵列表面接枝了不同分子量的聚乙二醇( PEG )分子：PEG 360、PEG 500、PEG 2000，以及PEG Mix ( PEG 500和PEG 2000的等摩尔比)。接触角测量表明，PEG接枝过程导致表面能增加，至少稳定16周。接下来，通过在微阱内部注册细胞运动的存在和显示运动的细胞光学提升的效率来评价面包酵母( Saccharomyces cerevisiae )和人B细胞两种细胞类型对不同PEG处理表面的细胞黏附。对PEG 2000和PEG Mix接枝的表面得到了最优结果，两种细胞类型的平均运动分数均达到93 %以上，平均提升效率均达到96 %以上。将该微阱阵列与聚二甲基硅氧烷( PDMS )微流控通道集成后，PEG Mix对非种子细胞进行适当洗涤。我们通过操纵非反应性酵母细胞进行抗真菌治疗和表达表面IgG抗体的B细胞，进一步证明了该平台的广泛适用性。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )具有透明性、柔韧性、透气性和易用性等特点，是一种应用于各种生物医学领域的有机硅合成材料。虽然PDMS在微观和纳米尺度上促进和辅助了复杂的几何结构的制备，但它并不能与细胞进行最佳的粘附和增殖。人们提出了各种策略来渲染PDMS以增强细胞附着。这些表面改性技术大部分已提供给静态细胞培养系统。然而，像芯片上的器官设备这样的动态细胞培养系统需要平台来重现活体组织微环境的复杂性。在片上器官平台中，PDMS表面通常被细胞外基质( ECM )蛋白包被，这种包被是由于PDMS与ECM蛋白之间存在物理和弱的结合，当受到剪切应力时这种结合会被降解。本文报道了利用聚多巴胺( PDA )在PDMS基微流控器件中共价结合胶原的静态和动态涂层方法，并通过水接触角测量和原子力显微镜( AFM )对涂层方法进行了评价，优化了涂层条件。通过在微流控装置中培养原代人支气管上皮细胞( HBECs )，评价胶原涂层PDMS器件的生物相容性。结果表明，两种PDA涂层方法均能结合胶原蛋白，从而提高细胞的粘附力(约3倍以上)，但两种方法的细胞粘附力没有明显差异。这些结果表明，这样的表面修饰可以帮助在PDMS基微流控器件上包复细胞外基质蛋白。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )具有透明性、柔韧性、透气性和易用性等特点，是一种应用于各种生物医学领域的有机硅合成材料。虽然PDMS在微观和纳米尺度上促进和辅助了复杂的几何结构的制备，但它并不能与细胞进行最佳的粘附和增殖。人们提出了各种策略来渲染PDMS以增强细胞附着。这些表面改性技术大部分已提供给静态细胞培养系统。然而，像片上器官设备这样的动态细胞培养系统要求平台能够重现活体组织微环境的复杂性。在片上器官平台中，PDMS表面通常被细胞外基质( ECM )蛋白包被，这种包被是由于PDMS与ECM蛋白之间存在物理和弱的结合，当受到剪切应力时这种结合会被降解。本文报道了利用聚多巴胺( PDA )在PDMS基微流控器件中共价结合胶原的静态和动态涂层方法，并通过水接触角测量和原子力显微镜( AFM )对涂层方法进行了评价，优化了涂层条件。通过在微流控装置中培养原代人支气管上皮细胞( HBECs )，评价胶原涂层PDMS器件的生物相容性。结果表明，两种PDA涂层方法均能结合胶原蛋白，从而提高细胞的粘附力(约3倍以上)，但两种方法的细胞粘附力没有明显差异。这些结果表明，这样的表面修饰可以帮助在PDMS基微流控器件上包复细胞外基质蛋白。

激光微细加工技术为微流控器件的快速生产提供了一种很有前景的替代方法。然而，工艺参数对普通微流控基底上通道几何形状和通道质量的影响尚未完全了解。本文研究了激光系统参数对微通道常用材料聚二甲基硅氧烷( PDMS )、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )和显微镜玻璃基板微通道特性的影响。我们还在这些基底上利用激光加工的微通道上的正常人真皮成纤维细胞进行了细胞黏附实验。PDMS、PMMA和玻璃中微通道的加工采用了由45W激光管、激光管内循环水回路和基板空冷组成的商用CO2激光系统。通过改变激光系统的四个参数——速度、功率、焦距和通孔数来制备直通微通道。利用扫描电子显微镜( SEM )和三维形貌仪对通道的深度、宽度和形状进行了测量。结果表明，无论衬底材料如何，较高的速度产生较低的深度，而较高的激光功率产生较深的通道。非聚焦激光加工产生更宽但更浅的通道。对于相同的速度和功率，PDMS通道最宽，PMMA通道最深。结果还表明，可以通过增加通孔数来控制微通道的轮廓。随着道次数的增加，玻璃和PDMS都产生了均匀、更宽、更多的圆形通道，相比之下，PMMA的通道在底部更尖锐、更偏斜。在快速细胞黏附实验中，PDMS和玻璃微通道的表现优于PMMA微通道。本研究可作为材料特异性激光微通道制备的快速参考。

激光微细加工技术为微流控器件的快速生产提供了一种很有前景的替代方法。然而，工艺参数对普通微流控基底上通道几何形状和通道质量的影响尚未完全了解。本文研究了激光系统参数对微通道常用材料聚二甲基硅氧烷( PDMS )、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )和显微镜玻璃基板微通道特性的影响。我们还在这些基底上利用激光加工的微通道上的正常人真皮成纤维细胞进行了细胞黏附实验。PDMS、PMMA和玻璃中微通道的加工采用了由45W激光管、激光管内循环水回路和基板空冷组成的商用CO2激光系统。通过改变激光系统的四个参数——速度、功率、焦距和通孔数来制备直通微通道。利用扫描电子显微镜( SEM )和三维形貌仪对通道的深度、宽度和形状进行了测量。结果表明，无论衬底材料如何，较高的速度产生较低的深度，而较高的激光功率产生较深的通道。非聚焦激光加工产生更宽但更浅的通道。对于相同的速度和功率，PDMS通道最宽，PMMA通道最深。结果还表明，可以通过增加通孔数来控制微通道的轮廓。随着道次数的增加，玻璃和PDMS都产生了均匀、更宽、更多的圆形通道，相比之下，PMMA的通道在底部更尖锐、更偏斜。在快速细胞黏附实验中，PDMS和玻璃微通道的表现优于PMMA微通道。本研究可作为材料特异性激光微通道制备的快速参考。

生物传感器的微流体集成使生物传感性能得到改善，并为许多应用设计了复杂的片上实验室平台。虽然软光刻和基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )的微流体仍然被认为是金标准，但3D打印已经成为微流体系统很有前途的制造替代方案。本文首次将3D打印的聚丙烯酸酯微流控平台与基于无标记多孔硅( PSi )的光学贴体传感器通过简单的键合方法集成在一起。后者利用紫外光固化粘合剂作为中间层，同时保持微通道内多孔区域的精细纳米结构。作为概念的证明，本文构建了一种通用的免标记检测他标记蛋白的模型贴体传感器，并与非微流控和PDMS微流控装置进行了表征和比较。目标蛋白的检测是通过实时监测PSi的反射率变化来实现的，这种变化是由目标结合在多孔纳米结构中的固定适体引起的。与非微流控生物传感平台( 0.04μM vs.2.7μM )相比，微流控集成适配体传感器在0.25 ~ 18 μ M范围内具有良好的选择性和检测限。此外，与传统的基于PDMS的尺寸相近的微流控平台相比，3D打印微流控贴体传感器的性能更加优越。

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。这里，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。

微加工和聚二甲基硅氧烷( PDMS )软光刻技术在实验室成为微流控成型的热门技术，但即使经过协议优化，制造仍然是一个漫长、费力的过程，部分依赖于用户。此外，任何设计升级所需的主制造工艺所需的时间和资金仍在增加。数字制造( DM )和快速成型( RP )在微流控领域的应用是为了解决这种和其他限制的光刻和软刻制造技术。特别是在本文中，我们将重点研究消减DM技术在片上器官( Organ-on-a-chip，OoC )中的应用。微流控芯片的主要可用热塑性塑料被建议作为器件制造的材料选择。本综述的目的是在评价PDMS软光刻策略的主要局限性后，探索DM和RP技术制备具有嵌入式膜的OoC。还审查了不同的材料选择以及各种粘结策略。最后，给出了一种新型的功能OoC器件，定义了使用两种不同的RP技术在循环烯烃聚合物( COP )中制备OoC器件的协议。在膜两侧分别接种不同的细胞作为概念的证明来测试器件的光学和流体性质。

微加工和聚二甲基硅氧烷( PDMS )软光刻技术在实验室成为微流控成型的热门技术，但即使经过协议优化，制造仍然是一个漫长、费力的过程，部分依赖于用户。此外，任何设计升级所需的主制造工艺所需的时间和资金仍在增加。数字制造( DM )和快速成型( RP )在微流控领域的应用是为了解决这种和其他限制的光刻和软刻制造技术。特别是在本文中，我们将重点研究消减DM技术在片上器官( Organ-on-a-chip，OoC )中的应用。微流控芯片的主要可用热塑性塑料被建议作为器件制造的材料选择。本综述的目的是在评价PDMS软光刻策略的主要局限性后，探索DM和RP技术制备具有嵌入式膜的OoC。还审查了不同的材料选择以及各种粘结策略。最后，给出了一种新型的功能OoC器件，定义了使用两种不同的RP技术在循环烯烃聚合物( COP )中制备OoC器件的协议。在膜两侧分别接种不同的细胞作为概念的证明来测试器件的光学和流体性质。

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。