NOVA无误差液滴微流体

微流控芯片

高通量筛选技术是解开生物学奥秘的关键。然而，液滴微流体在实现单细胞分辨率、超高通量筛查方面的前景在很大程度上仍未实现。由多分散液滴尺寸引起的液滴分选误差在多步骤分析中通常是不可避免的，这严重限制了该技术的有效性和实用性，特别是在筛选大型文库时。即使是相对较低的1%的排序错误，也会在1000000个液滴屏幕中导至10000个错误呼叫，给下游验证带来不合理的巨大负担。在这里，我们介绍NOVAsort（下一代基于光电体积的精确液滴分选仪），这是一种能够根据尺寸和荧光强度辨别液滴的设备。假阳性和假阴性分别减少了1000倍和10000倍。NOVAsort解决了传统液滴分选方法的挑战，并为液滴微流体分析的准确性和吞吐量设定了标准。

近年来，基于液滴微流体的筛选系统已被证明可用于许多不同的生物技术和生物医学应用，包括发现稀有细胞表型对单个细胞进行功能询问、发现微生物病因或探索微生物群落相互作用的结果。基于液滴微流体的方法的一个独特优势是，可以在单细胞和/或单分子分辨率下快速筛选大型复杂的库。在过去的十年中，几乎所有液滴操作步骤都取得了重大的技术进步，包括液滴传输、液滴粉碎、液滴分拣和其他液滴操纵步骤。在所有这些步骤中，液滴分选通常被认为是筛查活动中最关键的组成部分，因为最后一步的错误可能会导至假阳性和/或假阴性结果。

液滴分选可以使用气动、磁、热、声和电方法进行。最广泛采用的液滴分选策略是基于介电电泳（DEP）的分选，其中液滴使用微流体通道内产生的非均匀电场产生的力偏转。基于DEP的液滴分选器设计简单且易于制造，其中使用放置在通道底部的表面微机械电极或形成三维（3D）电极的液态金属或盐水填充的微通道。在后者中，电极设计可以很容易地改变，以增加DEP力作用的时间，从而与基于表面电极的DEP液滴分选器相比，在相同的液滴流速和电压条件下实现更大的位移。最近在这一领域取得了一些进展，例如将假阳性（FP）液滴偏置到废物通道以提高分拣精度，并防止液滴在分拣机出口接头处被带间隙的分流器分裂。尽管取得了这些进步，但进一步提高液滴分选机的吞吐量变得具有挑战性，因为由于剪切应力的增加，以及当DEP力施加到液滴时动量的突然变化，较大的液滴在高流速下更容易破碎成较小的液滴。同时，在许多基于细胞的检测中，通常需要相对较大的液滴来支持细胞的培养。为了克服这一点，引入了一种顺序可寻址的DEP阵列（SADA）芯片，以实现大液滴的高通量分选，而不会基于目标液滴的多次温和拉动而撕裂液滴。然而，这种方法对多分散液滴的耐受性是有限的，这在许多液滴微流体分析中是不可避免的，因为液滴的流速与尺寸有关。

尽管优于大多数其他类型的分拣机，但基于DEP的液滴分拣方法仍然存在几个缺点。首先，由于存在多分散液滴，会出现分选误差。在大多数液滴操作中，包括液滴分选，需要高度单分散的液滴具有高精度，因为这些功能中的每一个都是针对特定尺寸范围的液滴进行设计和优化的。因此，大多数液滴分选机的性能与输入液滴的尺寸均匀性有关。然而，即使在最先进和特征最明显的液滴操作步骤中，偶尔的无意液滴合并（导至较大的液滴）和/或液滴分裂（导至较小的液滴”）也是不可避免的。在液滴内细胞和分子生物学测定步骤通常需要的长期和/或高温液滴孵育步骤中尤其如此。无意中的液滴合并会导至较大的液滴，其中可能包含多个细胞或额外量的试剂，无意中液滴粉碎会导至较小的液滴。这两种情况都会导至液滴分类和分选的假阳性或假阴性。由于所有传统的液滴分选机仅基于单个液滴参数，如荧光、比色或阻抗信号，在没有液滴尺寸信息的情况下，尺寸不正确的液滴很容易被分选为假阳性（FP）或假阴性（FN）。

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