微流控芯片分析技术在生化研究中的应用进展

综述了微流控芯片分析技术在生物和化学领域中进展,主要从药物筛选、PCR、细胞研究和微流控芯片电泳4个方面总结目前的进展。     

基于微流控芯片的等温扩增技术北大核心CSCD

基于聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的核酸扩增技术是分子诊断领域的金标准,然而PCR往往包含多个反应温度,涉及长时间的循环升降温过程,且需要在复杂热循环仪中完成,这些都限制了其在现场即时检测(point-of-care testing,POCT)中的应用。与传统PCR相比,等温扩增依靠恒定反应温度,反应时间短,检测装置简单,能够提供更加方便、快捷的核酸检测。基于微流控技术的等温扩增检测,通过兼顾微流控与等温扩增两者的优势,能够为POCT分子诊断提供更具竞争力的平台。例如,在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情防控中,多种形式的POCT等温扩增检测展示了其独特优势。文中首先归纳总结了典型的等温扩增技术及其检测方法,然后对不同类型的等温扩增微流控系统进行了分类总结与分析(如功能定位、结构组成、流体控制、系统特点等),最后总结了等温扩增微流控系统在新冠病毒(SARS-CoV-2)等不同病原体检测领域中的应用,并对等温扩增与CRISPR基因编辑等其他新型技术的相互结合进行了介绍与展望。     

微流控芯片在昆虫研究中的应用

与昆虫学相关的研究是生命科学最早的研究领域之一,在害虫防治、资源昆虫利用和模式生物（例如黑腹果蝇Drosophila melanogaster）等研究领域有重要意义。微流控芯片（Microfluidic chip）也称作“芯片实验室”（Lab-on-a-chip）,是21世纪一项重要的技术发明,目前被广泛应用于细胞生物学、发育生物学、体外诊断等领域。随着微流控芯片技术发展的不断深入,与昆虫研究相关的微流控芯片不断出现,促进了昆虫细胞、胚胎发育、昆虫行为和害虫防治等研究领域的发展。本文针对应用于昆虫学领域的微流控芯片研究进行综述。     

微流控芯片在中枢神经系统疾病中的应用与展望

近年来,随着微流体技术和生物微电子机械系统技术的不断发展,人类中枢神经系统(CNS)的微流体平台及相关疾病的体外模型逐渐得到了广泛的研究。微流体平台可以更好地模拟体内环境,同时能够控制结构、微环境和外来刺激。文中总结了微流控芯片在CNS的基本技术和CNS疾病中的应用。此外,文中对微流控芯片在CNS中的研究进行了展望,强调了通过跨学科的共同努力能够实现更高程度的仿生学挑战。     

微流控芯片在水环境污染分析中的应用

近年来,一种新型技术——微流控芯片技术因其分析速度快、消耗低、体积小、操作简单等特点而备受世界各国的广泛重视.该技术以微通道网络为基本特征,以微机电系统(MEMS)工艺为技术依托,将整个实验室的功能集成在微小芯片上,即构成所谓“芯片实验室”.本文从该技术的基本情况出发,介绍了微流控芯片的发展,并从仪器小型化、系统集成化、不同的芯片材料以及多种检测技术等方面,着重讨论了其在水环境污染分析方面的实际应用和发展前景,指出了它当前所面临的一些问题.随着微流控芯片的不断发展,高速多通道检测装置、低成本设备以及集成了多种方法的高通用性微流控检测芯片,都将成为未来研究的热点.     

微流控芯片用于卵母细胞冷冻保存的实验研究

低温保存对卵母细胞造成渗透损伤、毒性损伤和冰晶损伤,使得细胞冻后质量难以提高.本文首次提出将微流控法添加-去除保护剂分别与三种冷冻载体(OPS、QC及Cryotop)搭配使用,对猪卵母细胞进行冷冻保存,并与传统冷冻法进行比较;然后,首次选用透明陶瓷和玻璃制作集成一体化芯片,对猪卵母细胞进行冷冻保存,以冷冻保存后的细胞存活率和发育率为判断依据,筛选出较好的方案;最后,对冻后卵母细胞的早期凋亡情况、胞内活性氧水平和线粒体膜电位水平进行分析.结果表明,微流控添加-去除保护剂组卵母细胞冻后存活率以及卵裂率都显著高于传统冷冻组,可以有效降低卵母细胞的早期凋亡率和胞内活性氧水平,减小线粒体损伤,提高细胞的冻后质量.透明陶瓷一体化芯片保存卵母细胞得到的存活率和卵裂率与传统OPS冷冻的保存结果无显著差异.微流控芯片技术为卵母细胞的低温保存提供新的思路,有较好的应用前景.     

微流控芯片在干细胞研究中的应用

干细胞以其多潜能性和自我更新能力成为人类早期胚胎研究、干细胞治疗和组织工程修复中的主要细胞来源和种子细胞。但传统细胞研究方法难以提供干细胞生长和分化所需的复杂多层次的微环境,使研究结果与体内真实情况相差甚远,尽可能模拟和精确调控干细胞培养微环境,进而控制干细胞自我更新或分化命运,成干细胞研究的难点。微流控芯片可以更真实地模拟干细胞小生境(niche);实时可控的对单个干细胞加载剪切力和生长因子;其透明的装置可对细胞行为进行跟踪观察等研究细胞微环境中占有优势,从而受到越来越多干细胞研究者的关注。结合对微流控技术研究经验,对干细胞微环境构建所需条件进行了综述,总结了微流控在干细胞研究中所取得的成果,并展望了微流控技术在干细胞研究中的应用前景。     

微流控芯片在乳腺癌骨转移研究中的应用

乳腺癌骨转移患者死亡率高达70%～80%,目前缺乏有效的治疗药物.微流控芯片技术能够有效模拟骨组织的生化和生物物理微环境,便捷地实现模拟骨微环境中乳腺癌骨转移的研究,这将为探索乳腺癌骨转移的细胞和分子机制、进而进行抗乳腺癌骨转移药物高通量筛选提供有价值的技术方法和平台.本综述简要介绍了乳腺癌骨转移的分子机制和治疗药物研究现状,详细阐述了乳腺癌骨转移的微流控芯片模型,分析了基于微流控芯片技术进行抗乳腺癌骨转移药物高通量筛选的优势和挑战,旨在为乳腺癌骨转移机制研究和药物筛选提供参考.     

微流控芯片在细胞分析中的应用

细胞是生物体和生命活动的基本单位,细胞分析对于细胞结构和功能的研究、生命活动规律和本质的探索、疾病的诊断与治疗、药物的筛选与设计等都具有十分重要的意义.自微流控芯片面世以来,以其微型化、集成化、自动化和便携化等优势越来越多地应用在细胞分析领域.现就微流控芯片在细胞操纵、细胞培养和细胞内组分分析三个方面上的应用进行综述.     

微流控芯片技术在循环肿瘤细胞分离中的研究进展

循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTCs)是指从原发肿瘤或转移灶脱落、发生上皮-间质转化进入患者外周血血液循环的恶性肿瘤细胞.CTCs在肿瘤研究和临床诊断上的作用逐渐得到认可,外周血中CTCs存在与否以及数量多少不但可以用于肿瘤的早期诊断,还可以用于评估肿瘤预后、监测肿瘤的转移和复发.微流控芯片作为一个高通量、小型化的细胞实验平台,已被应用于CTCs的分选当中.本文综述了用于CTCs捕获的微流控芯片系统的最新研究进展,着重介绍各类芯片的捕获原理、芯片结构和捕获效率,最后对微流控芯片技术在CTCs分选中的应用前景进行了展望.     

基于环介导等温扩增技术的微流控芯片在病原菌检测方面的研究进展

环介导等温扩增(LAMP)技术是一种新兴的核酸恒温扩增技术,与微流控芯片技术相结合,可实现对病原菌的快速检测,具有特异性强、灵敏度高、操作简单等优点。本文根据不同终产物的检测方法对目前检测病原菌的相关微流控LAMP芯片进行了分类与介绍,并对技术的改进和存在的问题进行了分析,以期为后续的相关研究提供参考。     

基于微流控芯片的秀丽隐杆线虫的研究进展

微流控芯片技术作为近年来最前沿的分析技术之一,已经在化学、生物学、医药学等研究领域取得了突破性的进展.微流控芯片具有高通量、微型化和多功能集成化等独特优势,已经成为生物医学研究的新平台之一,被越来越多地应用于秀丽隐杆线虫的研究.综述了基于微流控芯片上的秀丽隐杆线虫在生物医学领域中的研究进展,侧重介绍了微流控芯片在线虫的自动化固定、行为学、衰老与发育学、神经学、药物筛选及基因筛选等六大方面所取得的最新进展,并展望了微流控芯片的应用前景.     

Hepatogenic differentiation of mesenchymal stem cells using microfluidic chips

Directional induction and differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) is very important to clinical therapy, but the mechanisms that govern differentiation are not well understood. However, traditional plate culture cannot precisely control cellular behavior because cells take up substances while secreting cytokines and wastes. Here, we used a microfluidic device to culture MSCs inside a microchamber. Hepatic differentiation medium was perfused to evaluate the ability of MSCs to differentiate toward hepatic cells on the chip. Parallel differentiation on 96-well plates was used to provide a detailed comparison of the differences between the two culturing methods. After treatment for 4 weeks, differentiated cells from both groups could express hepatocyte-specific markers, including alpha-fetoprotein, tyrosine aminotransferase, and albumin. The bioactivity assays revealed that these hepatocyte-like cells could uptake lipoprotein, but cells that differentiated on the chip showed more positive signals than the cells cultured on plates. Our results indicated that a microfluidic platform might be a potential tool for cost-effective and automated cell culture, and have potential applications in reliable cell-based screens and assays.     

Bat ASC2 suppresses inflammasomes and ameliorates inflammatory diseases

1. Download : Download high-res image (225KB)
2. Download : Download full-size image

     

CD147与炎症性疾病的关系

免疫球蛋白超家族的跨膜蛋白(CD147/basigin)的主要作用是通过诱导基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的产生来促进基质的降解,在多种肿瘤中高表达,也参与多种炎症性疾病的发生发展。本文就CD147与炎症性疾病关系的研究进展做一综述。     

阵列光镊与微流控芯片技术的结合与应用

在生物医学研究领域中,阵列光镊与微流控芯片的结合已经成为进行细胞操纵、转移以及少量细胞样品分选等方面最有希望的方法之一。光镊技术对样品具有非接触弹性控制、无机械损伤、可无菌操作等优势,以及微流控芯片分析的高效、多功能、微型化、低成本等优势,成为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)的重要研究方面。该文概述了阵列光镊技术的形成与研究现状以及微流控芯片技术的发展与应用现状,分析了在不同阵列光镊形成方法下结合微流控芯片可实现的功能与应用,并对其发展趋势进行了展望。     

Micropumps, microvalves, and micromixers within PCR microfluidic chips: Advances and trends

This review surveys the advances of microvalves, micropumps, and micromixers within PCR microfluidic chips over the past ten years. First, the types of microvalves in PCR chips are discussed, including active and passive microvalves. The active microvalves are subdivided into mechanical (thermopneumatic and shape memory alloy), non-mechanical (hydrogel, sol-gel, paraffin, and ice), and external (modular built-in, pneumatic, and non-pneumatic) microvalves. The passive microvalves also include mechanical (in-line polymerized gel and passive plug) and non-mechanical (hydrophobic) microvalves. The review then discusses mechanical (piezoelectric, pneumatic, and thermopneumatic) and non-mechanical (electrokinetic, magnetohydrodynamic, electrochemical, acoustic-wave, surface tension and capillary, and ferrofluidic magnetic) micropumps in PCR chips. Next, different micromixers within PCR chips are presented, including passive (Y/T-type flow, recirculation flow, and drop) and active (electrokinetically-driven, acoustically-driven, magnetohydrodynamical-driven, microvalves/pumps) micromixers. Finally, general discussions on microvalves, micropumps, and micromixers for PCR chips are given. The microvalve/micropump/micromixers allow high levels of PCR chip integration and analytical throughput.     

Genus Ziziphus for the treatment of chronic inflammatory diseases

Natural products and traditional medicine are rich sources for developing therapeutics for chronic inflammatory diseases. However, the way from natural products/traditional medicines to Western pharmaceutical practices is not always straightforward. According to the World Health Organization (WHO), chronic diseases are the greatest threat to human health. 3 of 5 people die due to chronic inflammatory disorders worldwide like chronic respiratory diseases, stroke, cardiovascular diseases, cancer, diabetes, and obesity. Various nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are used to reduce inflammation and pain, but there are many side effects of these drugs' administration. Medicinal plants have therapeutic anti-inflammatory effects with low or no side effects. Ziziphus plant species are generally safe and not toxic to humans. Many studies on the Ziziphus species have shown that their therapeutic properties are attributed to the roots, leaves and fruits. Unfortunately, Ziziphus species from different regions worldwide with anti-inflammatory properties have not been documented in a single review paper. Therefore, it is crucial to establish ethnobotanical knowledge and applications of Ziziphus species against chronic inflammatory diseases. The current article exhaustively reviews phytochemical profile, pharmacological studies, toxicological effects, and ethnobotanical uses of Genus Ziziphus in chronic anti-inflammatory diseases. The present review article also highlights the most promising experimental data on Ziziphus extracts and pure compounds active in clinical trials and animal models of chronic inflammatory diseases. This review would be a valuable resource for contemporary researchers in the field to understand the promising role of the Ziziphus genus in chronic inflammatory disorders.