簡(jiǎn)化血細(xì)胞研究的微型離心機(jī)式微流控裝置,解鎖器官芯片新可能

用于制作微型離心機(jī)的液態(tài)金屬液滴，位于樣品最終將會(huì)被泵送通過(guò)的通道之上

一粒沙子大小的簡(jiǎn)單創(chuàng)新裝置能夠幫助我們分析細(xì)胞和微小顆粒，就好像它們就在人體內(nèi)一樣。

用于流體分析的新型微裝置將通過(guò)“器官芯片”系統(tǒng)在藥物開發(fā)和疾病研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多定制化實(shí)驗(yàn)。

它還可以改變自然災(zāi)害區(qū)的水污染測(cè)試和醫(yī)療診斷，低成本、易于使用和便攜的特性使其成為幾乎任何人都可以使用的實(shí)用工具。

如何工作？

微流控或芯片實(shí)驗(yàn)室裝置通常用于分析血液和其它流體樣品，這些樣品通過(guò)狹窄的通道泵送到郵票大小的透明芯片中。

這款新芯片采用微流控技術(shù)，在通道內(nèi)增加了一個(gè)三維腔室，就像一個(gè)狹窄的隧道突然通往一個(gè)穹形拱頂，會(huì)產(chǎn)生一股小漩渦使得其中的顆粒旋轉(zhuǎn)，從而使顆粒觀察變得更為容易。

為了制造這個(gè)腔室，研究人員在制造芯片時(shí)將一個(gè)液態(tài)金屬液滴插入硅片模具。

液態(tài)金屬的高表面張力意味著它可以在模塑過(guò)程中保持原狀。

墨爾本皇家理工大學(xué)（RMIT）的工程師和該項(xiàng)研究的共同領(lǐng)導(dǎo)人Khashayar Khoshmanesh博士解釋道，最后會(huì)除去液態(tài)金屬，僅保留通道和球形腔用作微型離心機(jī)。

他指出，“當(dāng)液體樣本進(jìn)入球形腔時(shí)，它會(huì)在腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)?！?/p>

“這種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生自然漩渦，就像分析實(shí)驗(yàn)室中的離心機(jī)一樣，旋轉(zhuǎn)細(xì)胞或其他生物樣本，允許對(duì)它們進(jìn)行研究而無(wú)需捕獲或標(biāo)記它們?！?/p>

該裝置只需要微量樣本，少至1毫升的水或血液，研究范圍囊括僅1微米的微小細(xì)菌細(xì)胞到15微米的人體細(xì)胞。

一款用于研究心血管疾病的平臺(tái)

這項(xiàng)研究的共同領(lǐng)導(dǎo)人兼墨爾本皇家理工大學(xué)的生物學(xué)家Sara Baratchi表示，該裝置的軟球形腔可用于模擬人體三維器官，并觀察細(xì)胞在各種流動(dòng)條件或藥物相互作用中的表現(xiàn)。

她指出，“定制腔室大小的功能也允許研究人員模擬不同的流動(dòng)情況，這樣我們可以模擬受干擾流動(dòng)情況下血細(xì)胞的反應(yīng)，例如在分支點(diǎn)和冠動(dòng)脈和頸動(dòng)脈彎曲處，這些位置的通道更容易變窄?！?/p>

該裝置將會(huì)引起澳大利亞蓬勃發(fā)展的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的興趣，醫(yī)療器械在2018年成為澳洲十大出口產(chǎn)品之一，價(jià)值32億美元。

Baratchi表示，研究人員通過(guò)合作才能達(dá)成這一發(fā)現(xiàn)，來(lái)自工程系的技術(shù)人員和健康與生物醫(yī)學(xué)系的機(jī)械生物學(xué)家共同努力成立了墨爾本皇家理工大學(xué)的機(jī)械生物學(xué)和微流控研究小組。

Baratchi補(bǔ)充道，“像我這樣的生物學(xué)家一直致力于研究相關(guān)流體力學(xué)對(duì)循環(huán)血細(xì)胞的影響?，F(xiàn)在，這款與我們工程學(xué)院同事共同開發(fā)的微型裝置就能實(shí)現(xiàn)上述功能?！?/p>

“這是一個(gè)巧妙的解決方案，真正突出了跨學(xué)科研究的價(jià)值。”

一些激動(dòng)人心的應(yīng)用也能在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行操作。

任何人都可以使用的經(jīng)濟(jì)、便攜式水測(cè)試裝置

另一大有前景的應(yīng)用是識(shí)別水道中的寄生蟲和其他感染物，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。

Khoshmanesh表示，“對(duì)水中雜質(zhì)的檢測(cè)有可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)槟悴灰欢倳?huì)確切知道你在尋找什么?！?/p>

“但是在該裝置的幫助下，無(wú)需任何特殊的樣品制備，雜質(zhì)將被漩渦捕獲并圍繞它旋轉(zhuǎn)，從而節(jié)省時(shí)間和金錢?！?/p>

無(wú)論是用于分析水樣還是血樣，這款低成本、便攜式裝置在各種應(yīng)用中都具有一定的吸引力。

同一研究小組最近開發(fā)出一款由乳膠氣球制成的壓力泵來(lái)操作該裝置。

不同于傳統(tǒng)與鞋盒一樣大且花費(fèi)數(shù)千美元的傳統(tǒng)微泵，他們發(fā)明的微泵成本很低且具有便攜性。

Khoshmanesh補(bǔ)充道，“簡(jiǎn)單化是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中一大非常重要的考量因素，因?yàn)樗ǔ＞鸵馕吨统杀竞蛯?shí)驗(yàn)室外廣泛的適用性。”

“我們所發(fā)明的新型微流控裝置、微泵和能夠捕獲高速圖像的智能手機(jī)相結(jié)合，使其成為一款低成本、自給自足且全便攜式的即時(shí)診斷裝置。”

墨爾本皇家理工大學(xué)工程系博士生Ngan Nguyen作為主要作者，將該項(xiàng)研究成果以論文形式發(fā)表在頂級(jí)期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。