微流控芯片技术在肺部炎性疾病研究和诊断中的进展

微流控芯片技术是指一种将生物、化学等诸多领域的样品从制备、反应到分离检测等多种操作单元高度集成在一块芯片上的技术,由网络状微通道构成,可以通过流体操控整个系统。相比构建模型的传统方法, 具有便携性、高通量、可模拟在体微环境等优势,在研究疾病的诊断、发病机理研究以及药物筛选等方面有着广阔的应用前景。肺部炎性疾病是临床常见的多发病,通常由于细菌、病毒、真菌感染引起。早期肺炎常缺乏明显的呼吸系统症状且症状多不典型,但病情进展快,难以诊断。近年来,微流控芯片技术已经逐渐用于肺部炎性疾病的研究中。尤其是可以再现人肺泡毛细血管界面 (即活肺的基本功能单元) 的关键结构、功能和机械性质的“芯片肺”模型的应用,很好地在体外呈现了肺泡-毛细血管界面模型的生理相关性。相比细胞和动物模型,这种多功能微实验平台具有非常大的优势。文中针对微流控芯片技术在肺部炎性疾病研究和诊断中的进展进行了综述,旨在为肺部炎性疾病的研究和诊断提供新思路。     

用于药物筛选的微流控细胞阵列芯片

细胞区域分布培养以及如何有效地对微流体进行操控是微流控阵列芯片在细胞药物研究中的关键技术。本研究介绍了一种利用SU-8负性光刻胶模具和PDMS制作双层结构的微流控细胞阵列芯片的方法,该芯片通过C型的坝结构将进样细胞拦截在芯片的细胞培养的固定区域,键合双层PDMS构成阀控制层,阀网络的开关作用成功实现了芯片通道内微流体的操控,同时芯片设计了药物浓度梯度网络,产生6个不同浓度的药物刺激细胞。通过对芯片3种共培养细胞活性的检测和药物伊立替康(CTP-11)对肝癌细胞的浓度梯度刺激等实验结果验证该芯片在细胞研究和药物筛选等方面的可行性。     

一种细胞培养微芯片的制作及应用

细胞培养是细胞研究的基础, 微系统技术的发展给细胞培养提供了新的方法。在微系统平台上进行细胞研究,能够充分利用微流体和微结构的性质, 对细胞进行操控, 在细胞生物学、组织工程学、药物筛选等领域有广泛应用。介绍了一种利用SU-8负性光刻胶模具制作双层细胞培养微芯片的方法, 该芯片通过狭缝将细胞培养区和微通道区隔离, 既保证细胞培养区域的相对独立, 又可以利用微流体的特性调节细胞外基质的性质, 给基于微芯片进行细胞研究提供了一种新的平台。     

人类微孢子虫检测方法研究进展

微孢子虫(microsporidia)是一类专性细胞内寄生的单细胞真核生物。是引起微孢子虫病的真菌类病原。在已知并被命名的1500多种微孢子虫中,共有9个属中的17个虫种可以感染人。人类微孢子虫可侵染包括肠道、肝、肺、脑等部位,引起慢性腹泻、肝炎、角膜炎、脑炎、血液系统性感染等,严重影响人类健康。研究开发快速高效的人类微孢子虫诊断方法成为当前病原微生物检测领域研究的热点。人类微孢子虫的发现历史实际上是伴随检测方法的不断进步而逐渐进行的。这些检测方法包括,透射电镜(transmission electron microscopy)、苏木精-伊红染色(hematoxylin-eosin stain,HE)、亚甲蓝染色(methylene blue)、吉姆萨染色(giemsa)、革兰氏染色(gram stain)、韦伯氏改良三色染色法(Weber’s chromotrope-based staining)、荧光增白剂染色法(calcofluor white staining)、抗原检测、抗体检测、实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,q PCR)、环介导...     

蚕豆根尖细胞微核试验——Ⅰ.煤焦沥青水悬液的诱变效应

本文应用蚕豆根尖细胞微核检测三种类型的煤焦沥青(CTP)水悬液的诱变效应。结果表明,三种CTP随浓度的增加,根尖细胞微核率近似呈直线性增加。其中以CTP_2中温沥青诱变效应最强,CTP_1高温沥青次之。与我们以前用沥青气管内灌注诱发大白鼠肺癌的实验结果一致。我们认为蚕豆根尖细胞微核试验可作为煤焦沥青对环境污染的一种报警系统。它具有实验周期短、经济、简便和可靠等优点。     

液滴微流控芯片系统中微液滴特性表征及氨基酸检测应用

基于液滴微流控芯片的检测和筛选系统,因其具有通量高、成本低等显著特点,近年来备受关注。该系统生成的微液滴(皮升体积)具有直径均一、大小可控、互不交融(单分散性)等特性,它作为微反应器可以进行微生物及其代谢物包埋实验和高通量检测。因此,研究微液滴的相关特性及其应用具有重要意义。文中在液滴微流控芯片系统搭建的基础上,对重要氨基酸(谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)分别进行了微液滴包埋实验,研究了包埋微液滴的重要特性参数(如稳定性、扩散性等),探索了包埋微液滴对氨基酸检测分选的应用。实验表明,文中搭建的液滴微流控芯片系统可以稳定、均一地生成微液滴,微液滴大小可根据需要控制在2 0-5 0μm之间,微液滴间无交叉污染,包埋氨基酸的微液滴的检测筛选速度大约为每分钟6 0 0个。这个研究为高通量分析和筛选产氨基酸的微生物奠定了基础。     

使用旋转式生物反应器体外扩增人表皮细胞

目的:使用Cytodex-3微载体和高截面纵横比的旋转式生物反应器容器作为培养系统大规模扩增人表皮细胞(hECs)。方法:使用中性蛋白酶和胰蛋白酶-EDTA两步骤法从人皮肤中分离出人表皮细胞,使用DIL标记细胞后结合微载体后在旋转式生物反应器(RCCS)中培养,细胞贴附微载体的生长状态使用倒置显微镜,扫描电镜观测。并且分析细胞群体倍增时间来比较微重力培养与平面培养的体外增殖能力差异。结果:在旋转式生物反应器的微重力培养体系中,人表皮细胞能快速贴附到微载体表面,在培养过程中达到很大的细胞密度,并且表现出很强的增殖能力和细胞活性。结论:使用旋转式生物反应器和微载体悬浮培养人表皮细胞,是大量制备皮肤组织工程种子细胞的一种有效方法。     

中频交变微电流联合紫杉醇抗A549细胞作用的研究

目的:研究中频交变微电流联合紫杉醇注射液抗A549细胞的作用及机制。方法:对处于对数生长期的肺腺癌A549细胞施加电刺激、紫杉醇及电刺激联合紫杉醇三种不同处理,采用MTT法检测A549细胞存活率,并利用流式细胞仪测量分析各组细胞凋亡/死亡比例及细胞周期状态。结果:通过不同参数的中频交变微电流刺激A549细胞,得到的最低细胞存活率(参数150 kHz、90 m A、30 min)为78.02±0.73%(P<0.01);联合紫杉醇注射液半抑制浓度(IC50)干预后,细胞存活率为32.87±0.94%(P<0.01);同时发现中频交变微电流联合紫杉醇注射液能促进A549细胞凋亡,阻滞细胞于S期、G2/M期。结论:中频交变微电流可抑制A549细胞增殖、促进凋亡,但对细胞周期影响不明显;与紫杉醇注射液联合应用时具有协同增强抗肿瘤作用。     

五种微绿球藻产油和产多不饱和脂肪酸的研究

从5种微绿球藻中鉴别出4个高产油藻种和1个产油量很低的藻种。4种高产油微绿球藻在平台期油脂含量最高,占细胞干重的57%以上,其中三酰基甘油的含量占细胞干重的32.4%-45.2%。分析5种微绿球藻细胞的脂肪酸组成及4种高产油藻三酰基甘油中的脂肪酸组成,发现在高产油藻中,总的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的比例达到95%以上,多不饱和脂肪酸在5%以下,而在产油量很低的微绿球藻中多不饱和脂肪酸比例达45%以上。高产油微绿球藻三酰基甘油的多不饱和脂肪酸含量在4%以下,是生物柴油的优质原料,而产油量低的微绿球藻可用于提取C20:5脂肪酸(EPA)。       

细胞微系统技术及其应用

细胞微系统技术研究是目前细胞生物学、微系统科学及药物筛选等学科交叉领域的一个研究热点,其综合利用了微系统平台技术,将细胞的培养、观测和分析在微系统平台上完成,丰富了细胞研究方法,为细胞研究提供了一个全新的研究平台。现对目前细胞微系统研究中几种典型的方法,如立体微结构模型、软光刻、微流体、芯片毛细管电泳、微电极等进行综述,并阐述其在细胞生物学、生命科学等领域相关研究中的应用。     

Design of well and groove microchannel bioreactors for cell culture

Microfluidic bioreactors have been shown valuable for various cellular applications. The use of micro-wells/grooves bioreactors, in which micro-topographical features are used to protect sensitive cells from the detrimental effects of fluidic shear stress, is a promising approach to culture sensitive cells in these perfusion microsystems. However, such devices exhibit substantially different fluid dynamics and mass transport characteristics compared to conventional planar microchannel reactors. In order to properly design and optimize these systems, fluid and mass transport issues playing a key role in microscale bioreactors should be adequately addressed. The present work is a parametric study of micro-groove/micro-well microchannel bioreactors. Operation conditions and design parameters were theoretically examined via a numerical model. The complex flow pattern obtained at grooves of various depths was studied and the shear protection factor compared to planar microchannels was evaluated. 3D flow simulations were preformed in order to examine the shear protection factor in micro-wells, which were found to have similar attributes as the grooves. The oxygen mass transport problem, which is coupled to the fluid mechanics problem, was solved for various groove geometries and for several cell types, assuming a defined shear stress limitation. It is shown that by optimizing the groove depth, the groove bioreactor may be used to effectively maximize the number of cells cultured within it or to minimize the oxygen gradient existing in such devices. Moreover, for sensitive cells having a high oxygen demand (e.g., hepatocytes) or low endurance to shear (e.g., human embryonic stem cells), results show that the use of grooves is an enabling technology, since under the same physical conditions the cells cannot be cultured for long periods of time in a planar microchannel. In addition to the theoretical model findings, the culture of human foreskin fibroblasts in groove (30 microm depth) and well bioreactors (35 microm depth) was experimentally examined at various flow rates of medium perfusion and compared to cell culture in regular flat microchannels. It was shown that the wells and the grooves enable a one order of magnitude increase in the maximum perfusion rate compared to planar microchannels. Altogether, the study demonstrates that the proper design and use of microgroove/well bioreactors may be highly beneficial for cell culture assays.     

微藻与细菌作用关系的研究进展

藻类是水生环境中的初级生产者,它的生长常常伴随着细菌并受菌的影响。有研究者指出藻类和细菌有着密不可分的关系。一些研究表明与藻相关的主体细菌是特定的细菌群体,特别是α-变形菌频繁地发现,说明这类菌可能能够开启和维持共生关系。最近的研究提出了营养物质交换是菌藻共生的基础,这类相关化合物是复杂的和特定的分子,可能参与信号处理和监控作用,而不只是被动扩散。同时,这种作用很明显不是静态的,它的开启和终止可能是对环境和发育的响应。需要指出的是明确菌藻关系的作用机理还有待于进一步的深入研究,本篇综述结合新提出的理论,对细菌与微藻作用关系的研究进展进行总结,概括了微藻与菌的作用关系(进化关系,营养依赖,代谢互补和协作生物合成),这种作用关系涉及到的菌的分类(膜菌和藻际微环境菌,促生菌PGPB和溶藻菌)以及菌藻作用的应用(废水处理和生物燃料生产)的情况,并对菌藻关系的未来发展做了展望。     

Role of Ca(2+) for the mechanical properties of fibrillin

Fibrillin-rich microfibrils are important structural elements widespread throughout connective tissues. Genetic defects identified in the Ca(2+) binding sites of fibrillin have severe effects and in addition Ca(2+) has a marked effect on the microfibrillar structure. We have studied the role of Ca(2+) on the mechanical behavior of fibrillin-rich microfibrils using the micro-needle technique. We find that Ca(2+)-depletion results in a 50% decrease in rest length and reduces the stiffness of fibrillin-rich microfibrils. At high strain, irreversible damage occurs. This behavior is consistent with Ca(2+) stabilization of interactions between consecutive EGF-like domains and breakdown in the quaternary structure upon over-extension.     

鸢尾属部分种种子微形态特征与系统演化关系

用HITACHI S-520型扫描电子显微镜对鸢尾属植物10个种及1变种、1外类群的种子微形态进行观察、比较分析,探讨了鸢尾属植物部分种种子微形态特征分类学意义及系统演化关系。结果表明：鸢尾属植物种子表面微形态特征具有种的稳定性,与分布区无关;同一种的种子凹、凸面微形态差异很大,同一类群比较时应选择相同部位观察。所研究的鸢尾种都为网状（网纹或负网纹）文饰,种间差异明显,微形态特征可用于鸢尾属间、属下系的等级划分,但不适于种下等级鉴别。研究给出了鸢尾属植物种子表面纹饰的系统进化关系,证明了种子表面微形态对鸢尾属植物分类及系统演化关系具有重要意义。     

胆道镜结合微爆破碎石治疗复杂性胆道结石

目的：探讨微爆破碎石用于治疗复杂胆道结石的治疗体会。方法：在胆道镜直视下,分别在术中和术后对158例复杂的胆道结石患者进行微爆破碎石,然后用取石网取出碎石,泥沙状结石随液体流出或让其自行流入肠道。结果：158例患者156例取石成功。取石成功率98.73%。明显提高了胆道取石的成功率。无1例出现胆道穿孔、瘘道穿孔及胆道出血等严重并发症。结论：在胆道镜下,采用微爆破碎石术治疗复杂的胆道结石是一种安全、可靠、高效的方法,可以明显提高结石的取净率。     

胆道镜结合微爆破碎石治疗复杂性胆道结石

目的:探讨微爆破碎石用于治疗复杂胆道结石的治疗体会。方法:在胆道镜直视下,分别在术中和术后对158例复杂的胆道结石患者进行微爆破碎石,然后用取石网取出碎石,泥沙状结石随液体流出或让其自行流入肠道。结果:158例患者156例取石成功。取石成功率98.73%。明显提高了胆道取石的成功率。无1例出现胆道穿孔、瘘道穿孔及胆道出血等严重并发症。结论:在胆道镜下,采用微爆破碎石术治疗复杂的胆道结石是一种安全、可靠、高效的方法,可以明显提高结石的取净率。     

甘肃萱草属种子微形态及其分类学意义

采用扫描对甘肃萱草属（Hemerocallis)6种的种子微形态特征进行了研究,结果表明,该属植物种子微形态特征在种的水平上具有一定的分类学意义。     

9种日本当归属植物的果实形态特征研究

当归属是伞形科的代表性大属,日本列岛是其重要的分布地和多样性中心之一。该研究对产自日本的9种当归属植物(特有种8种)的果实形态结构和表面微形态特征进行了观察和比较,以明确它们的分类学特征,探讨潜在的种间关系,为进一步的分类修订和系统发育研究提供资料和依据。结果表明:(1)体式显微镜观察发现,产自日本的9种当归属植物的果实形状主要为倒卵形和长圆形,表面光滑或少毛,呈不同程度的背腹压扁,背棱大多呈线状突起或狭翅状,侧棱则呈或宽或窄的翅状,油管一般为每个棱槽1条、合生面2～4条。(2)扫描电镜观察发现,大多数材料的果实具有疏密不等的平行线形初级蜡质纹饰,次级纹饰呈现鳞状、束状、索状、丘状或不明显,个别可见珊瑚状或网格状基底,一般具有颗粒状附属物。(3)通过分析比较上述形态特征和鉴别要点,编制了分种检索表,并结合中国当归属系统发育的研究成果,进一步对日本特有当归属植物的系统位置及其与东亚大陆物种的亲缘关系进行了讨论。研究认为,日本特有当归属植物的果实形态特征较丰富,能为种间分类和亲缘关系研究提供有力支持。