基于液滴微流体的微流控芯片系统的研究

微流控芯片

微流控芯片系统 (Microfluidics) 或微流控芯片实验室，是将化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选和裂解等基本操作单元集成到几个平方厘米 (甚至更小) 的芯片上，由微通道形成网络，由可控流体贯穿整个系统。目前的微流控芯片系统主要包括连续微流体系统和液滴微流体系统。

研究方向：基于液滴微流体的微流控芯片系统的研究

实验内容：

由于微生物筛选实验通常需要较长的时间，所以对微流控芯片中的微液滴有更高的要求，如提高微液滴的稳定性，优化生物兼容性以及防止微液滴内水相物质渗漏到油相等。本研究针对以上问题，以代谢产物 (氨基酸) 为研究对象，通过对包埋氨基酸的皮升级微液滴特性的研究，为液滴微流控芯片系统在氨基酸检测和相应生产菌株的高通量筛选以及定向进化改造方面奠定了基础。

测试设备：

激光器、聚焦物镜、高速摄像机、滤光片、光电倍增管、数据采集卡 、高压放大器、Mitos 压力泵、硅片、SU-82025光胶、等离子清洗机、匀胶机、加热台、紫外光刻机、微流控芯片、PDMS

实验过程：液滴微流控芯片整合控制系统的搭建

激光器发出波长为 532 nm，发射后的激光通过滤光片除去杂波，然后聚焦到微流控芯片的检测点。当包埋荧光物质的微液滴通过检测点时被激发产生荧光，荧光经聚焦物镜聚焦后到达分光镜。通过分光镜将一部分荧光传给高速摄像机，实时监控微液滴的流动情况;另一部分荧光则通过滤光片，由光电倍增管 (PMT)接收并将荧光信号转化为电压信号后，由数据采集卡采集并由 LabVIEW 软件进行分析。高压放大器用于微液滴的偏转，当目标微液滴的检测信号超过分选设定阈值时，分析软件通过高压放大器和微流控芯片上的电极对微液滴施加偏转电压。由于介电电泳力的作用，目标微液滴将发生偏转，流至分选通道得到收集。

测试结果：

1.生成的微液滴直径可控，大小均一、稳定，微液滴内反应体系小，可节省大量试剂;

2.微液滴可以长时间稳定存在，满足试剂反应或细胞培养对时间的要求;

3.微液滴的包埋物在测试微液滴中稳定存在，微液滴间无交叉污染，不会对后期微液滴的荧光检测和分选产生影响;

4. 微液滴的筛选通量可达每分钟 600 个。这些实验为酶及氨基酸等细胞分泌物的检测分析和相应生产菌株的筛选提供了高通量筛选的可能，对液滴微流控芯片在定向进化方面的应用奠定了基础。

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