基于液滴微流體的微流控芯片系統(tǒng)的研究

微流控芯片系統(tǒng) （Microfluidics） 或微流控芯片實驗室，是將化學和生物等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測及細胞培養(yǎng)、分選和裂解等基本操作單元集成到幾個平方厘米 （甚至更小） 的芯片上，由微通道形成網(wǎng)絡，由可控流體貫穿整個系統(tǒng)。目前的微流控芯片系統(tǒng)主要包括連續(xù)微流體系統(tǒng)和液滴微流體系統(tǒng)。

研究方向：基于液滴微流體的微流控芯片系統(tǒng)的研究

實驗內(nèi)容：

由于微生物篩選實驗通常需要較長的時間，所以對微流控芯片中的微液滴有更高的要求，如提高微液滴的穩(wěn)定性，優(yōu)化生物兼容性以及防止微液滴內(nèi)水相物質(zhì)滲漏到油相等。本研究針對以上問題，以代謝產(chǎn)物 （氨基酸） 為研究對象，通過對包埋氨基酸的皮升級微液滴特性的研究，為液滴微流控芯片系統(tǒng)在氨基酸檢測和相應生產(chǎn)菌株的高通量篩選以及定向進化改造方面奠定了基礎(chǔ)。

測試設(shè)備：

激光器、聚焦物鏡、高速攝像機、濾光片、光電倍增管、數(shù)據(jù)采集卡 、高壓放大器、Mitos 壓力泵、硅片、SU-82025光膠、等離子清洗機、勻膠機、加熱臺、紫外***、微流控芯片、PDMS

實驗過程：液滴微流控芯片整合控制系統(tǒng)的搭建

激光器發(fā)出波長為 532 nm，發(fā)射后的激光通過濾光片除去雜波，然后聚焦到微流控芯片的檢測點。當包埋熒光物質(zhì)的微液滴通過檢測點時被激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光經(jīng)聚焦物鏡聚焦后到達分光鏡。通過分光鏡將一部分熒光傳給高速攝像機，實時監(jiān)控微液滴的流動情況;另一部分熒光則通過濾光片，由光電倍增管 （PMT）接收并將熒光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號后，由數(shù)據(jù)采集卡采集并由 LabVIEW 軟件進行分析。高壓放大器用于微液滴的偏轉(zhuǎn)，當目標微液滴的檢測信號超過分選設(shè)定閾值時，分析軟件通過高壓放大器和微流控芯片上的電極對微液滴施加偏轉(zhuǎn)電壓。由于介電電泳力的作用，目標微液滴將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，流至分選通道得到收集。

測試結(jié)果：

1.生成的微液滴直徑可控，大小均一、穩(wěn)定，微液滴內(nèi)反應體系小，可節(jié)省大量試劑;

2.微液滴可以長時間穩(wěn)定存在，滿足試劑反應或細胞培養(yǎng)對時間的要求;

3.微液滴的包埋物在測試微液滴中穩(wěn)定存在，微液滴間無交叉污染，不會對后期微液滴的熒光檢測和分選產(chǎn)生影響;

4. 微液滴的篩選通量可達每分鐘 600 個。這些實驗為酶及氨基酸等細胞分泌物的檢測分析和相應生產(chǎn)菌株的篩選提供了高通量篩選的可能，對液滴微流控芯片在定向進化方面的應用奠定了基礎(chǔ)。