微生物分類復(fù)雜,類別繁多,形態(tài)特征多樣并且具有很強(qiáng)的突變能力,除此之外,大多數(shù)微生物在目前都是無(wú)法人為培養(yǎng)的[1]。因此,亟須利用新的技術(shù)手段去分離、培養(yǎng)、篩選、鑒定與分析微生物群落。液滴微流控技術(shù)是微流控技術(shù)的主要分支,是指對(duì)極小體積液流(10-9~10-15 L)進(jìn)行精確控制的技術(shù),這一技術(shù)的出現(xiàn)為解決很多生物學(xué)問(wèn)題提供了新的方法。
液滴微流控作為一個(gè)高通量高分辨率且高度集成化的新興技術(shù)平臺(tái),可與多種檢測(cè)技術(shù)結(jié)合,在從微生物培養(yǎng)到微生物組學(xué)研究再到微生物資源開(kāi)發(fā)利用等方面扮演重要的角色。由于其優(yōu)勢(shì),液滴微流體技術(shù)有望成為微生物學(xué)家探索微生物世界的基礎(chǔ)技術(shù)工具。目前液滴微流控技術(shù)仍面臨著一些挑戰(zhàn)。首先,液滴微流控技術(shù)用于微生物研究仍有一些技術(shù)局限需要突破,如液滴中物質(zhì)交換能力有限、難以解決不同微生物種類的需氧量差異等問(wèn)題。此外,還缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和操作流程,只有少量的液滴微流控設(shè)備用于特定需求的分析,大多數(shù)利用液滴微流控技術(shù)的研究仍需要研究人員自己設(shè)計(jì)并制作微流控設(shè)備,設(shè)備的制作和操控均存在很大挑戰(zhàn)。因此,未來(lái)需要對(duì)液滴微流控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化和簡(jiǎn)約化改進(jìn),為其在微生物研究中的應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和操作流程,繼續(xù)創(chuàng)新和改進(jìn)下游的分析手段。相信隨著微流控技術(shù)的發(fā)展,在多學(xué)科的高度配合下,液滴微流控技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和成熟直至走進(jìn)每一個(gè)微生物實(shí)驗(yàn)室,服務(wù)微生物學(xué)科的研究發(fā)展將成為現(xiàn)實(shí)。
法國(guó)Elveflow成立于2012年,產(chǎn)品是圍繞暢銷的OB1流量控制器構(gòu)建,提供全套的微流控儀器及系統(tǒng),至今已經(jīng)科研和工業(yè)用戶提供多達(dá)2,000套系統(tǒng)。Elveflow 儀器具有模塊化的,可升級(jí)的特點(diǎn),產(chǎn)品有用于微流體的單通道壓力泵,OB1多通道壓力真空控制器,MUX distribution旋轉(zhuǎn)分配閥,流量開(kāi)關(guān),閥門(mén)及閥門(mén)控制器,MFS流量傳感器,MPS壓力傳感器,傳感器讀取器,氣泡探測(cè)器,儲(chǔ)液管及微流體的成套應(yīng)用系統(tǒng)。
微流控細(xì)胞培養(yǎng)是采用微流控系統(tǒng)在微流控芯片中進(jìn)行的動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng),微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片的尺寸適合細(xì)胞的尺寸,因此被用于動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中。微流控細(xì)胞培養(yǎng)的關(guān)鍵能夠模擬細(xì)胞微環(huán)境,采用微流控進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)有增加系微環(huán)境的生理相關(guān)性,將尺度縮小到組織的規(guī)模,創(chuàng)建復(fù)雜的共培養(yǎng)體系,施加動(dòng)力和機(jī)械力,增加組織界面的模擬水平,減少藥物測(cè)試的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,模擬血液、淋巴和間質(zhì)液體的流動(dòng)等。
法國(guó)Elveflow采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用案例有:
w 微流控芯片上的細(xì)胞相互作用研究
w 采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行研究細(xì)菌對(duì)壓力和環(huán)境變化的適應(yīng)性
w 采用微流控循環(huán)閥進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基的再循環(huán)
w 動(dòng)態(tài)細(xì)胞培中細(xì)胞培養(yǎng)的循環(huán)
w 如何在微流控芯片中進(jìn)行動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)的細(xì)胞染色
w 微流控動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中細(xì)胞培養(yǎng)基灌注
w 微流控動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)中自動(dòng)化細(xì)胞接種
w 微流控心肌細(xì)胞培養(yǎng)模型
w 采用微流控細(xì)胞培養(yǎng)灌注系統(tǒng)進(jìn)行快速細(xì)胞培養(yǎng)基的切換
w 用于微流控qPCR的熒光讀取
w 采用微流控系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)腫瘤細(xì)胞的捕獲
w 微流控芯片上活細(xì)胞檢測(cè)
w 采用微流控壓力泵進(jìn)行弱蛋白結(jié)合的定量
微流細(xì)胞培養(yǎng)中采用的OB1 多通道壓力泵的參數(shù):
OB1 微流控壓力和流量控制器可以選擇1-4個(gè)通道或者更多通道,每個(gè)通道的壓力和真空范圍可選,5個(gè)可選的范圍為:0-200mbar, 0-2000mbar, 0-8000mbar, -900-1000mbar, -900mbar-6000mbar. 具有模塊化,可升級(jí)的特點(diǎn),采用Elveflow ESI 軟件進(jìn)行控制。
OB1 微流控壓力和流量控制器的性能參數(shù):
w 壓力穩(wěn)定性0.005% FS
w 相應(yīng)時(shí)間9ms
w 壓力分辨率0.003%FS
w 穩(wěn)定時(shí)間低于35ms
OB1 微流控壓力和流量控制器可用于數(shù)字微流控,流動(dòng)化學(xué)&聚合物合成,細(xì)胞培養(yǎng)中的細(xì)胞灌注,細(xì)胞培養(yǎng)液的順序注射,單液滴測(cè)序,RNA 測(cè)序,芯片實(shí)驗(yàn)室,器官芯片等應(yīng)用。