科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種能夠區(qū)分單分子核酸和單細(xì)胞差異的方法,即將含有核酸或細(xì)胞的水相通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的微流控芯片注入到油相中,生成大小一致的微米級(jí)液滴,使單個(gè)核酸或細(xì)胞從群體中分離并包裹在微滴中,進(jìn)而研究單分子或單細(xì)胞之間的差異。對(duì)每個(gè)微滴進(jìn)行連續(xù)不斷的觀測(cè)將會(huì)有助于人們理解單分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的變化和細(xì)胞行為的不同。
將粒徑均勻的水相微滴分散到連續(xù)的油相中是違反熱力學(xué)平衡的。微滴會(huì)不斷地融合形成大的液滴,直至水油兩相發(fā)生分層,在油相中加入表面活性劑(Abil EM 90、PFPE-PEG、Span 80)可以延緩液滴融合,但不能消除這一現(xiàn)象。因此在長(zhǎng)期的單細(xì)胞培養(yǎng)中人們依然可以觀察到微滴融合,并且這一現(xiàn)象在溫度劇烈變化的數(shù)字聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(digital PCR)中更加明顯(圖1)。數(shù)字PCR中液滴融合會(huì)影響定量的準(zhǔn)確性并造成稀有樣品的浪費(fèi)。此外,液體的流動(dòng)性使對(duì)單個(gè)微滴進(jìn)行跟蹤觀察變得十分困難。近日,浙江大學(xué)牟穎教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種熱凝固的油相物質(zhì)能夠解決液滴融合和液滴流動(dòng)的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)液滴的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
圖1. 液滴數(shù)字PCR反應(yīng)后液滴融合
牟穎教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這種熱凝固材料由低粘度的甲基硅油、乙烯基硅油、含氫硅油、非離子表面活性劑和鉑催化劑組成。這種新型的油相能夠在鉑催化下通過(guò)乙烯基硅油和含氫硅油發(fā)生硅氫化反應(yīng)自發(fā)凝固,不需要紫外或帶點(diǎn)離子等外界條件觸發(fā)。油相中表面活性劑的作用是生成粒徑均一的液滴和在油凝固之前穩(wěn)定液滴。在凝固前,該油相可用來(lái)生成多種類(lèi)型的液滴:(a)水包油(O/W)、(b)油包水(W/O)、(c)水包油包水(W/O/W)和(d)雙核乳滴(圖2)。
圖2. 可凝固油相生成的多種類(lèi)型液滴
這種可凝固材料的固化速度與溫度有關(guān)。在細(xì)胞培養(yǎng)溫度下(37℃),該油相可在70 min內(nèi)凝固,而在PCR反應(yīng)中95 ℃預(yù)變性時(shí),該材料凝固僅需要37 s。在上述條件下,油相由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),液滴也被“凍結(jié)”,失去流動(dòng)性。相鄰液滴間的液態(tài)隔膜變?yōu)楣虘B(tài)隔膜,液滴被固體包裹使液滴無(wú)法融合。當(dāng)液滴中的水分蒸發(fā)以后,液滴所在位置變成一個(gè)個(gè)空泡(圖3a)。將芯片縱切后可看到,相鄰的液滴空腔被固態(tài)的隔膜分開(kāi)(圖3b)。
圖3. 凝固后的油相中液滴蒸發(fā)后形成的空泡
同時(shí),這種熱凝固的油相也具有很好的生物相容性。他們利用該油相物質(zhì)生成的液滴進(jìn)行液滴數(shù)字PCR(ddPCR)和單細(xì)胞培養(yǎng)時(shí),實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCR反應(yīng)和細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,并且對(duì)PCR反應(yīng)和細(xì)胞生長(zhǎng)沒(méi)有影響(圖4)。陽(yáng)性微滴的熒光強(qiáng)度隨著PCR反應(yīng)循環(huán)數(shù)的增加逐漸增強(qiáng)(圖4a)。單個(gè)細(xì)胞在液滴內(nèi)培養(yǎng)時(shí),分別在48 h和120 h觀察到了細(xì)胞分裂(圖4b)。
圖4.可凝固油相中PCR反應(yīng)和細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控
此外,數(shù)字PCR反應(yīng)產(chǎn)物也可以從這種可凝固油形成的微囊中完全回收,用于進(jìn)一步的分析研究,例如測(cè)序。
-
芯片
+關(guān)注
關(guān)注
456文章
51062瀏覽量
425808 -
微流控
+關(guān)注
關(guān)注
16文章
538瀏覽量
18934
原文標(biāo)題:浙江大學(xué)牟穎教授:讓液滴“凍”起來(lái) - 熱凝固油用于實(shí)時(shí)觀測(cè)生物反應(yīng)動(dòng)態(tài)和細(xì)胞生長(zhǎng)
文章出處:【微信號(hào):Microfluidics-Tech,微信公眾號(hào):微流控科技】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論