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不连续光驱动数字微流体(Optoelectrowetting)技术

已有 3379 次阅读 2015-4-6 05:46 |个人分类:评论|系统分类:科研笔记

多通道并行的高通量化学或者生物反应是未来系统生物学的方向,这里反应体系要求非常小,最好是单细胞或者单细胞器如细胞核或者线粒体。单细胞和单分子技术的结果已经证明生物的复杂疾病如癌症等具有分子,细胞,组织和个体的多态性,即同一个癌症病人的病变细胞本身就不一样,每个病变细胞的分子病因还不相同,不同的癌症病人就更不一样,因此催生了个性化治疗的概念。小液滴数字微流体技术就是一种可以对微量体积的液滴进行操作的技术,如液滴的移动,合并,分开等。微流体技术的另一种方法是利用连续的微量流体孔道,比如在载玻片表面蚀刻上很多孔道,孔道可以是线形或者弧形等各种形状,然后不同成分的溶液在开关的控制下流动,比如在一个反应体系中流入不同的底物和离子浓度等观察酶催化反应的变化。而小液滴的微流体技术是不连续的微流体技术,就像数学或统计中连续方程或分布和离散(discrete)方程或分布一样,小液滴的微流体技术使不同液滴之间的组分隔离更好,而连续微流体很难分离期中的一部分进行分析,因为液体都是连续的,扩散效应使连续通道的组分按照高浓度到低浓度迅速平衡。这里无法说哪个更好或更坏,只是彼此的应用范围不同,需要按照试验的要求选择是连续微流体还是小液滴的非连续微流体技术。小液滴微流体可以通过光驱动液滴(体积在几个纳升到微升之间)在装置平面做纳米级的定向运动。这个装置有很多优势如:很容易加工(fabrication),实时操作,大尺度的运动(改变光照的模式就行)。我相信未来这是一个非常好的lab-on-a-chip的方法。举个简单的例子,比如我们要做3C技术(chromomose conformation capture), 把细胞通过微流体技术分开,使每个小液滴只有一个细胞,流动细胞使细胞与有膜变形的液滴的如有Triton或者一起变形的液滴融合,变性剂使细胞膜破碎,然后马上移动液滴与有4%paraformaldehyde的小液滴融合,这样蛋白质与DNA的构型都被fix,然后移动液滴并与有DNA酶的液滴融合进行DNA酶消化,再移动野液滴的与有DNA连接酶的液滴融合然后直接进行测序。整个过程都在Chip上进行,减少人为的实验误差和节省人力,,实验可重复性应该更好。

                               

图解:特富龙(Teflon)(特氟龙、铁氟龙、聚四氟乙烯)是美国杜邦公司对其研发的所有碳氢树脂的总称,包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种共聚物,这一层是疏水层ITO:indium tin oxide, ITO可以coat在玻璃表面。a-Si:H是非晶硅(Amorphous silicon, a-Si),又名无定形硅,是的一种同素异形体这一层也是有光敏感电极的作用。.红红的一团就是光照区域,这个区域在非晶硅区诱导高导电性和光照区域内地电场,对液滴产生作用力推动它的移动。图中的虚线是电场线。


这张图显示了小液滴的在光的驱动下可程序的移动。图像来源:http://nanophotonics.eecs.berkeley.edu/research/ladm/ladm.htm。本文所有的图片都来自该网站。 


小液滴可以被有规则的排列成各种形状。

因为我不是相关领域的专家,只是抛砖引玉,如有偏颇请见谅。




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