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Small主题综述:水凝胶-下一代微流控芯片的基体材料?
heyongzju 2020-10-27 08:24
Small 主题综述:水凝胶 - 下一代微流控芯片的基体材料? 98 Hydrogels_ The Next Generation Body Materials for Microfluidic Chips_.pdf 【摘要】 传统微流控芯片主要使用 PDMS 、 PMMA 、硅片等材料制造, 面向生物应用时,能否直接用生物学性能更好的水凝胶来制造微流控芯片? EFL 团队近期在 Small 期刊发表 “ Hydrogel: the next generation body material for microfluidic chips? ”这一主题综述,在课题组前期探索的基础上尝试建立全水凝胶微流控芯片 hydrogel-based microfluidic chips (HMCs) 这一概念,致力于回答三个问题 , 1 )为何选择水凝胶作为芯片的基础材料? 2 )如何制造全水凝胶微流控芯片? 3 )那些领域可应用全水凝胶微流控芯片? 此外针对水凝胶材料的软、湿、脆特征,难以制造高精度结构,我们提出了一个可行的水凝胶芯片制造方法: 1 )高精度模板打印, 2 )无损脱模, 3 )二次交联键合。 微流控指的是在微小结构上实现对微量液体的精准操控,也就是所谓的可流可控。 自从这一概念提出以来,微流控技术已经发展成为一项多功能的技术,微流控芯片的设计也越来越复杂多样。在微流控系统中引入多种功能化的结构和组件从而实现附加功能。由于其小尺度特性,微流控技术相比于传统实验方法拥有一些卓越优势:高性价比,样品消耗少,快速成型,便携性,灵敏度高,分辨率高,以及小型集成化。微流控技术为多个研究领域提供了有效工具。基本材料科学的发展与微流控技术能力的扩展之间的逐渐协同大大驱动力了这些领域的快速发展。同时在材料和微流控之间存在一个相互推动的作用。一方面,材料制备的进展可以拓展微流控平台的边界。另一方面,微流控能力的改进反过来为材料设计带来了更多的可能性。 然而, 传统微流控芯片主要基于聚合物等刚性材料,而这些材料的生物学性能较差,无法模拟体内细胞外基质微环境 ,因而 限制了微流控芯片在生物医学研究中的深入应用 。作为一种替代材料,水凝胶可以更好地模拟细胞外基质特性,从而再现体内微环境。越来越多不同研究背景的研究人员开始将这一仿生材料与微流控设备进行整合,从而实现传统微流控芯片所无法完成的功能和应用。考虑到 微流控的多功能性以及水凝胶材料的卓越性能 ,微流控与水凝胶材料的结合似乎拥有巨大的潜力,会带来一个协同相互促进的效应,进而实现各自优势的最大化。可以想到这一结合将不断地促进多领域的发展,特别是生物医学研究。 一方面,水凝胶材料被长期应用于微流控系统,微流控系统中水凝胶材料的引入有助于满足一些微流控技术本身所无法满足的生物学需求。水凝胶的优越性能改善了微流控技术的能力,同时赋予其更好的功能灵活性以及生物学潜力。另一方面,聚焦于水凝胶材料的应用,通过微流控手段可以构造具有特定几何形状的功能性水凝胶结构。 本综述聚焦于水凝胶与微流控结合的其中一个方面,即在微流控系统中整合水凝胶材料,当前研究大多局限于水凝胶材料的局部引入或替代,而本文 设想将水凝胶材料作为新型的基底材料用于制造微流控芯片 。目前为止缺乏全水凝胶微流控芯片概念以及相应研究方向的系统建立,仅有一些研究工作围绕水凝胶流道网络的制造和应用来展开。而这些工作中建立的水凝胶流道结构大多是作为一个血管模型过血管化的组织器官块,而非作用为一个微流控芯片来开展多重反应和分析实验。 为此我们提出全水凝胶微流控芯片的概念, 探讨完全由水凝胶材料所构成的微流控芯片的必要性。论文探讨三部分内容: 1 )为什么选择水凝胶作为微流控芯片主体材料? 2 ) 2. 如何制造全水凝胶微流控芯片? 3 ) 3. 全水凝胶微流控芯片的应用有哪些? 图 1. 全水凝胶微流控芯片概念的提出 1. 为什么选择水凝胶作为微流控芯片主体材料? Ÿ 水凝胶材料拥有接近细胞外基质的力学性能,无毒性,有利于细胞粘附,生长,增殖。 Ÿ 水凝胶材料来源广泛,成本低,环保可降解,有助于个性化原位诊断。 Ÿ 水凝胶材料具有可调节的孔隙率,有助于小分子渗透。 Ÿ 借助试剂在水凝胶内的扩散现象,有助于少量试剂的反应发生,以及物理化学微环境的精确模拟。 Ÿ 水凝胶材料的流变性能有助于实现挤出和成型,以及浇筑和复刻工艺。 图 2. 全水凝胶微流控芯片的主要优势 2. 如何制造全水凝胶微流控芯片? Ÿ 半导体产业中主流的微加工工艺不适用于脆性水凝胶材料 Ÿ 水凝胶材料的低强度和水性界面无法兼容传统键合工艺 Ÿ 水凝胶材料的流变以及溶胀特性会造成变形,影响微结构的精度。 借助水凝胶材料的固液转变性能,可以实现挤出和成型,以及浇筑和复刻工艺。水凝胶微结构构造工艺包括注塑成型,牺牲层工艺,光辅助成型,以及同轴挤出工艺。 图 3. 水凝胶微结构构造 传统微流控芯片的键合依靠压力或等离子体处理等物理化学方式。针对水凝胶材料,基于其特有的交联特性,提出了依靠内部交联机理的水凝胶键合策略。 图 4. 水凝胶结构的键合 全水凝胶微流控芯片的通用构造工艺:( 1 )微流道模型设计,( 2 ) 3D 打印纤维模板,( 3 )水凝胶浇筑,( 4 )模板剥离,( 5 )水凝胶键合,( 6 )细胞沉积。 图 5. 全水凝胶微流控芯片构造的通用工艺流程 基于全水凝胶微流控芯片构造传统微流控芯片的常见功能结构,从而确保基本功能的实现。借助水凝胶材料特有的性能,全水凝胶微流控芯片拥有了更广泛的形式和功能。 图 6. 全水凝胶微流控芯片的构成,形式,和功能 3. 全水凝胶微流控芯片的应用由哪些? 由于其卓越的模拟细胞外基质性能以及充足的流道网络,全水凝胶微流控芯片可以推动组织工程,器官芯片,以及机理研究和药物研发的进展。 图 7. 全水凝胶微流控芯片应用展示 图 8. 水凝胶材料特有性能 针对应用需求设想材料的替换,进一步针对材料特性设计相应工艺,为了实现稳定可靠的制造,开发相应配套设备,最终定义一种全新的微流控器件,从而满足相应的应用需求。 图 9. “应用——一代材料——一代工艺——一代设备——一代器件——应用” 微流控技术的生物医学应用受限于其本体材料。水凝胶材料拥有卓越的生物学性能,因此设想是否可以将水凝胶材料作为构造微流控芯片的本体材料,特别是生物微流控。本综述旨在系统性地提出全水凝胶微流控芯片的概念并建立相应的研究方向,主要针对三个主题:( 1 )为什么选择水凝胶材料?( 2 )如何制造全水凝胶微流控芯片?( 3 )全水凝胶微流控芯片的应用领域有哪些?首先设想水凝胶越来越多地替代传统材质,并逐渐成为微流控芯片的本体材料。针对传统工艺进行改进从而克服构造方法和水凝胶材料之间的不兼容所引发的问题。针对水凝胶材料的脆性湿软特性,提出了一个有效的工艺流程:( 1 )高精度模板打印,( 2 )无损脱模,( 3 )二次交联键合。由此在构成形式功能方面为微流控芯片赋予了更广泛的定义。进一步讨论了全水凝胶微流控芯片潜在的生物医学应用。最终强调了材料替换所带来的挑战以及这一概念的未来研究方向,并针对这一新兴领域提出了一些观点和看法。 论文信息:“ Hydrogel: the next generation body material for microfluidic chips?” 已在 Small 期刊在线刊登。聂晶博士为第一作者,贺永教授为通讯作者。 DOI : https://doi.org/10.1002/smll.202003797
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[转载]再生医学高等研究院再生医学微纳制造平台科研人才招聘
kongling814 2019-11-29 13:00
再生医学高等研究院是广州再生医学与健康广东省实验室重点支持的合作中心, 研究院专注于干细胞生物学、再生医学、组织工程、组织和器官重建、精准医学和临床前研究以及再生应用研究,致力于开展创新治疗,搭建高端转化平台,培养再生医学人才,打造世界一流科研中心,务求成为粤港澳大湾区打造世界级科技创新中心的重要组成部分,同时为将来国家实验室的实施做准备。再生医学微纳制造平台以3D打印、微流控等技术为核心,结合新型生物材料的研发,构建可模拟机体内环境的微纳级别结构,研究组织器官再造以及微纳结构对干细胞分化的影响及调控机制,为再生医学的研究提供思路和发展方向。 为中心发展需要,特向海内外高层次人才发送邀请,诚聘精英,具体要求如下: 一、岗位及要求 助理研究员/博士后 (科研岗位)若干 1.在国内外高校或研究所取得或即将取得生物材料、组织工程、纳米医学、3D打印制造、微流控制造、细胞分子生物学等方向的博士学位;或获得相关专业硕士学位后,在研发岗位上从事前沿研究工作3年以上,具有专业技能者; 2.博士后要求年龄不超过35岁,博士毕业三年以内。 3.以第一作者发表过SCI论文,表现出良好的学术发展潜力,具有独立科研工作能力; 4.良好的英文听说读写能力; 5.热爱科研,工作认真、责任心强,有团队组织和协作精神。 
 研究助理/实验室技术员(科研岗位)若干 1.具有生物学、基础医学、材料学、生物材料、组织工程、纳米医学、机械自动化、电气等相关专业背景本科或硕士学历; 2.具有生物化学、生物材料合成和制备、纳米技术、3D打印及微流控建模与制造等相关实验技能; 3.良好的英文听说读写能力; 4.工作认真、责任心强,有团队组织和协作精神。 
 二、薪酬待遇 1.提供具有全球领先的丰厚薪资待遇(年薪制,顶尖人才一人一议,研究员70万+,副研究员35万+,博士后30万+,助理研究员18万+,研究助理12万+),具体面议; 2.提供充足科研经费和齐全的科研设备,为高端人才组建科研支撑团队(副研究员、博士后、助理研究员、研究助理),根据工作能力和贡献发放相应补贴与绩效奖励; 3.鼓励申报国家人才项目、广东省广州市开发区等各级人才项目,获取优厚人才补贴和福利,如广州市高层次人才可获100-500万人才补贴及其他丰厚福利待遇,可与薪酬叠加; 4.高标准缴纳五险一金,带薪年假等全方位福利,多途径协助解决子女入学,住房等生活问题; 5.其他福利待遇参照再生医学省实验室相关规定执行。 三、招聘办法 1.有意向者请将中英文个人简历、过往研究内容、未来研究计划及研究兴趣、发表文章(5篇以内的科研代表作)、三封推荐信(或推荐人姓名与联系方式)及其他能证明本人能力水平的有关资料打包发送至以下邮箱:kong_ling@grmh-gdl.cn, weixinrainlp@hotmail.com;,邮件主题请标注:“应聘岗位+姓名”; 2.我中心承诺对应聘者提交的所有材料严格保密,将根据应聘者履历情况、研究成果、研究计划及发展潜力等各方面进行初筛评估; 3.初审后,将以电邮形式通知符合条件者面试的具体时间、地点及相关事项; 4.初审未通过的应聘者不再另行通知,三月内未收到回复的默认为未通过初审; 5.本次招聘自本通知发布之日起长期有效,欢迎海内外志同道合的科研工作者加入,与学术大咖一同致力于重大前沿学术问题的创新研究!
个人分类: 招聘|591 次阅读|0 个评论
[转载]中国微米纳米技术学会关于“微流控与单细胞数据分析高级研修班”
zkyyuhui 2019-10-11 14:40
中 国 微 米 纳 米 技 术 学 会 关于举办 “ 微流控与单细胞数据分析高级研修班 ” 的 通 知 各有关单位: 为推动企事业单位及科研院所微流控与单细胞数据分析的发展进程,切实提高从业人员的科学素养及技 术水平,中国微米纳米技术学会定于 2019 年 10 月 31 日 —11 月 4 日举办 “ 微流控与单细胞数据分析高级研修 班 ” ,为期四天,培训地点广州。 培训聚焦微流控技术的单细胞分析,采用理论与实操相结合的教学形式,使学员在短时间内对微流控与 单细胞数据分析涉及的知识和方法得到迅速提升,各位学员可以与来自国内顶级科研机构的专家进行面对面 交流,探讨在日常工作研究中的瓶颈问题,拓宽自身的研究思路,共同挖掘微流控与单细胞数据分析的研究 价值和应用前景。 欢迎广大相关企事业单位科技工作者、核心技术人员、管理者积极报名,踊跃参与! 一、培训名称:微流控与单细胞数据分析高级研修班 二、培训时间: 2019 年 10 月 31 日 —11 月 4 日 ( 第 1 天报道,授课 4 天 ) 三、培训地点:广州 四、主讲专家:来自中国科学院等国内顶级科研机构的专家,拥有丰富的科研、工程技术及教学经验。 五、培训对象: 大中专院校纳米生物学、微流控、生物信息、生物计算、生命科学、医学、化学、农学、环境科学、计 算机科学、数学类专业的课程负责人、一线教师、教研室骨干人员、教学管理人员;科研单位从事纳米生物、微 流控、生命科学、微生物研究的相关人员;纳米生物、微流控、医药、化学、环保及相关企业的管理人员与技术 骨干。 六、组织机构: 主办单位:中国微米纳米技术学会 承办单位:北京中科云畅应用技术研究院 中国微米纳米技术学会 2019 年 9 月 七、培训内容:(详细文件大纲请联系于老师 13691460671) 基于微流控技术的单细胞分析,单细胞测序技术与应用, Linux 及 R 语言入门与实操,单细胞转录组数 据分析思路流程及实操,多组学整合分析和结果解读,单细胞转录组轨迹、通路、转录因子等分析及绘图实操 等。 八、注册缴费: 研修费用(包含报名费、培训费、资料费、证书费)食宿可统一安排,费用自理 10 月 16 日之前 会员: 3900 元 / 人 非会员: 4100 元 / 人 10 月 16 日之后 会员: 4300 元 / 人 非会员 : 4500 元 / 人 优惠政策: 1. 3 人以上团体报名每人可减少 400 元 2. 学生持学生证或学生卡每人优惠 200 元 3. 4+1 团报,可免费赠送一个名额 4. 以上优惠不能同时享用,培训座位按照报名的先后顺序安排 * 如需正式的红头文件请联系于慧老师 13691460671 (微信)
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北大讲座:斯蒂芬•奎克教授
张海霞 2018-11-5 09:50
应北京大学“大学堂”顶尖学者讲学计划的邀请,国际知名的生物物理学家、生物工程学家、美国科学院院士斯蒂芬•奎克教授将于2018年11月6日访问北京大学,并发表公开演讲。 Stephen Quake 题目:The cell is a bag of RNA 时间:2018年11月6日(周二)15:00-17:00 地点:北京大学金光生命科学大楼101报告厅 斯蒂芬·奎克(Stephen Quake) ,生于1969年4月,是国际著名的生物物理学家、生物工程学家,是国际基因组学领域的重要领导者之一。他是美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学院院士,美国艺术与科学学院院士。他曾担任斯坦福大学生物工程系主任,现任斯坦福大学生物工程Lee Otterson讲席教授和应用物理学教授,并担任由扎克伯格基金会投资建设的BioHub研究中心联席总裁。 奎克教授于1994年在牛津大学获得物理学博士学位,随后,他在斯坦福大学朱棣文课题组从事单分子生物物理学的博士后研究工作。26岁时他加入了加州理工学院任教,后被任命为Thomas和Doris Everhart应用物理和物理学教授。2005年奎克教授回到斯坦福大学,建立了一个新的生物工程系,担任教授,同时入选霍华德休斯医学研究所。 奎克教授在微流控领域做出了杰出贡献,包括其发明的微流体大规模集成设计并将微流控技术广泛应用于结构生物学,药物发现和分子亲和力测量中;同时他还为基因组学领域做出了贡献,包括单分子DNA测序,并将其用于非侵入性产前诊断和心脏的非侵入性测试移植排斥,以及开发测序和分析个体免疫系统的方法等。 Stephen Quake is the Lee Otterson Professor of Bioengineering and Professor of AppliedPhysics at Stanford University and is co-President of the Chan Zuckerberg Biohub. He received a B.S. in Physics and M.S. in Mathematics from Stanford University in 1991 and a doctorate in Theoretical Physics from the University of Oxford in 1994. Quake has invented many measurement tools for biology, including new DNA sequencing technologies that have enabled rapid analysis of the human genome and microfluidic automation that allows scientists to efficiently isolate individual cells and decipher their genetic code. Quake is also well known for inventing new diagnostic tools, including the first non-invasive prenatal test for Down syndrome and other aneuploidies. His test is rapidly replacing risky invasive approaches such as amniocentesis, and millions of women each year now benefit from this approach. His innovations have helped to radically accelerate the pace of biology and have made medicine safer by replacing invasive biopsies with simple blood tests. 主办单位:北京大学 承办单位:北京大学生物医学前沿创新中心 北京未来基因诊断高精尖创新中心 北京大学国际合作部 “大学堂”顶尖学者讲学计划网站: www.pugf.pku.edu.cn
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国家纳米中心超高弹性、超高生物相容性柔性电子研究取得进展
ucalery 2018-9-12 15:21
近日,国家纳米科学中心 蒋兴宇 研究团队结合微流控和液态金属开发了一种可大规模制造柔性电子器件的方法,通过丝网印刷、喷墨打印、微流道等方法能在各种基底材料上得到高导电、高弹性、高生物相容性的电路。该项研究将有望广泛用于可穿戴设备、可植入器件以及柔性机器人等新领域的开发。相关研究成果“Printable Metal-Polymer Conductors for Highly Stretchable Bio-Devices”发表于iScience杂志上。   液态金属如镓的合金在常温下不仅自身具有流动性,电流也能在其中流动,是作为可拉伸器件和电路的理想材料。但是液态金属具有巨大的表面能(难以铺展),且其表面会自发形成的绝缘氧化膜,这就使得液态金属在各种基底上的印刷一直是一个难题。为了克服液态金属的表面能,并高效地破碎了液态金属颗粒表面的氧化膜,蒋兴宇课题组使用液态金属颗粒印刷-高分子浇注-高分子剥离的方法,得到了高导电,高弹性的液态金属-高分子复合物。在该复合物表面,液态金属的“岛”分布在高分子的“海洋”中,液态金属的“岛”实现了与外部器件的连接;而在复合物内部,则是四通八达的液态金属“河流”, 该河流保证了复合物的高导电性和高弹性。整个制备工艺可在室温下进行,可避免高温对高分子基底的破坏。    蒋兴宇 课题组将该复合物印刷在弹性的硅胶基底上制成高弹性的电路,该电路在极端的应变条件下(500%)也不会失效。他们也将复合物印刷在乳胶手套上制成键盘手套,该手套不仅能监控手部动作,而且能实现字符的输入。 蒋兴宇 课题组进一步将该复合物制成电转染的生物电极,实现了活细胞基因的高效转染。该项研究将有望大大增加电路的弹性,降低柔性可拉伸电路的制造成本,还将促进可穿戴设备、可植入器件以及柔性机器人等新领域的开发和应用。   该项研究得到了国家自然科学基金委、中华人民共和国科学技术部等项目的支持。 链接地址: http://www.espun.cn/news/detail-405.html \0 文章来源: 易丝帮 \0
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3D打印类乐高积木式模块化微流控芯片
heyongzju 2018-3-1 19:52
3D打印类乐高积木式模块化微流控芯片 3D printed Lego®-like modular microfluidic devices based on capillary driving , Biofabrication , DOI: 10.1088/1758-5090/aaadd3 3D Printed Lego-like Modular Microfluidic Devices Based on Capillary Driving.pdf 微流控芯片为许多研究领域提供了一个便携式和自动化的平台,包括分析化学,生物化学分析,生物医学研究和材料合成。微流控芯片还可为研究细胞共培养,细胞代谢活动,细胞间相互作用和药物代谢机制提供了一个便利的平台。由于传统的微流控芯片都采用泵驱动,对微流道而言,需要很大的压力才能驱动,这就使得现有结构的微流控芯片进行模块化封装时容易出现泄漏。浙江大学机械工程学院的贺永教授团队经过两年多的研究探索,提出了一种基于毛细驱动的模块化微流控芯片制造新方法,通过3D打印的方式可方便的打印芯片的各个模块,然后通过在微流道内填充具有毛细效应的纤维素粉,使其具有毛细自驱动功能。这个方法的优势在于对模块间的组装精度要求低,使用普通的桌面式3D打印机就可制造,打印出类乐高积木式的芯片模块,然后可很方便的组装起来,组装后模块化芯片也无需泵即可驱动。我们演示了模块化微流控芯片在生物反应器、液态电路、器官模型构建等方面的应用。本研究受到国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。 近来出现了由各个功能模块组装而成的模块化微流控芯片。每个模块在被集成到微流控系统之前可以分别设计,制造和修改。模块化微流体的制造包括微细加工方法和 3D 打印技术。现有模块化微流控应用的主要挑战在于准确对齐和严格密封,以确保组装后模块间无泄漏且流体互通,使其对制造精度要求很高。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员 提出了一种新型毛细驱动的模块化微流控系统,其特点是可以根据特定需求选取特定基本功能模块实现特定结构的拼装,其开放的结构使得易于整合各种支架和反应物,且没有必要进行严格的密封或对齐。采用 3D 打印机打印不同的功能模块,通过类乐高式的统一接头拼装,然后用具有毛细效应的材料填充微流道,即可实现。这种可快速重建的模块化微流体装置由基本功能模块和其他个性化模块组成,每个模块都有统一的标准接口,便于组装。通过桌面 3D 打印机打印,制造过程简单高效,并且可以方便地控制流道尺寸。通过不同模块的多种组合,可以实现多种不同的功能,而无需重复制造过程。单个模块也可以取出来进行测试和分析。课题组通过一系列探索,选定了适合的毛细填充材料,并进行了一系列流量流道尺寸标定实验,为流场可编程提供基础;通过几个简单电路实验,证明了系统用于液态电路的潜能;通过骨支架的降解实验展示了系统作为生物反应器的能力;通过一系列细胞培养及表征实验,揭示了系统 在生物医学应用中的可行性 。 本方法的优点有: 1 、拼装好的微流控设备 借助毛细力实现连续灌注,无需借助注射泵。这种新型无泵型微流体装置具有开放通道,便于将反应物沉积在所需区域,同时避免泄漏和压力问题; 2 、 基于低成本 3D 打印机制作 各个基本功能模块 ,制造过程简单高效,方便控制流道尺寸,具有良好的流量可编程性; 3 、 各基本模块具有标准化统一接口便于拼装,并逐渐组成一个模块库,可以重复使用,研究人员可以根据实际需要选择相应的模块并进行简单组装,通过不同模块的多种组合,可以实现多种不同功能,而无需重复制造过程。单个模块也可以取出来进行测试和分析 ; 4 、 该系统展现出良好的生物相容性。 图 1. 模块化微流体装置制造过程示意图 图2 不同的流动行为操控 图 3. 几种典型的芯片模块 图 4. 模块化芯片的细胞培养
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《即时需求诊断:微流控技术应用》
coofish 2016-10-11 14:48
文章来源:麦姆斯咨询 原文链接: http://www.mems.me/mems/microfluidics_201609/3473.html POINT-OF-NEED TESTING: APPLICATION OF MICROFLUIDIC TECHNOLOGIES 购买该报告请联系: 麦姆斯咨询 吴越 电子邮箱:wuyue#memsconsulting.com(#换成@) 应用于人类和动物体外诊断的分散检验越来越多地采用创新的微流控技术。 很多应用开始受益于微流控技术,但是还没有充分发挥其潜力 即时诊断(Point-of-Care Testing, PoCT)已经不是一个新概念了——首次应用出现于20世纪90年代。此后,微流控技术越来越多地被用来解决生物医疗领域的诊断技术问题,并产生重要的经济价值。在过去几年中,一些应用已经从技术改进中获益,如兽医诊断、环境检测、农副产品和工业检测等。在上述应用中,分散检验(Decentralized Testing)带来显著的运营优势,而微流控技术是生物医疗检验或诊断革命的一部分,促使相关产品在市场上爆发增长。然而,目前还有不少应用没有或很少采用微流控解决方案,因此微流控技术的潜力还没有充分发挥。 在本报告中,我们分析了为何人类医疗保健市场对技术研发人员富有更大的吸引力。然而,在不久的将来,巨大的微流控机遇将浮现在各种应用市场中。本报告还探讨了分散检验/即时需求诊断(Point-of-Need Testing, PoNT)需要解决的技术障碍。基于微流控的即时需求诊断市场将从2015年的26亿美元增长到2021年103亿美元,复合年增长率为26%。这预示2021年将有超过5亿次的诊断测试,但是人体诊断以外的应用仅有6100万次。我们在报告中详细介绍了微流控技术在每一种应用中的发展演进。 即时需求诊断市场(包括微流控技术和其它技术) 技术突破正在改变即时需求诊断 自从即时诊断的出现,技术一直在不断改进,但是诊断公司和技术研发人员仍然在努力整合微流控芯片的复杂检验步骤,并使其自动化。这些复杂的检验通常涉及分子分析,因此需要操作者的人工干预,以完成样品准备或操作笨重的仪器设备。然而,2015年是行业的重大转折点:美国食品和药物管理局(FDA)根据临床实验室改进修正案(CLIA)授权了首个豁免资格,许可了一款基于DNA/RNA的诊断试剂——Alere i 流感 AB。此前,这款试剂仅用于某些实验室,而现在可被分销到各种非传统实验室地点,包括医师办公室、急救室、卫生部门诊所及其它卫生保健场所。随后,Alere i Strep A、罗氏Cobas LIAT Strep A、Flu AB和Flu/RSV、Cepheid公司 GeneXpert Flu/RSV Xpress陆续获得豁免资格。我们预计,未来将有更多基于微流控的诊断技术获得FDA的豁免资格,进而使得分子即时需求诊断迅速蔓延至其它应用领域。 我们也进入了一个医疗转型期,未来将在医院、诊所和医生办公室通过即时诊断技术实现季节性疾病的分子诊断,如流感。基于聚合酶链反应(PCR)的诊断比免疫诊断敏感很多,并能够区分同一疾病的菌株。随着愈来愈多的公司涉足分子诊断,并且逐步取得良好的进展,未来的前景是可期待的。本报告中,我们详细介绍了这些最新的技术进展,包括样品制备、PCR集成或等温扩增技术,这些将打开基于微流控技术的分散检验之门。 即时诊断中的规则改变者 即时诊断的优势凸显,正推动个性化医疗发展 更快、更便宜、更易于使用:微流控技术已经改变了即时诊断。如今,即时诊断已经从医院扩展至医生办公室、病患家中,甚至是在发展中国家的偏远地区。这使得早期诊断、临床决策和更精确的病情监测成为可能。这种对于预防和早期发现疾病的医疗实践转变,结合伴随诊断(companion diagnostics)的爆发,将最终带来重大转变,使得个性化医疗成为现实。 应用于即时需求诊断的微流控技术发展路线图 新一代诊断测试技术将帮助医生确定哪种药物剂量对哪些病人的治疗效果最好。因此,可以提高整体治疗效果,降低医疗成本。虽然政府在医疗转变方面略显“迟钝”,但即时诊断发展趋势现在是大家公认的。最近,欧洲和中国也在监管法规方面做出新的改变。本报告介绍了美国、欧洲和中国的即时需求诊断应用情况,包括监管法规、市场准入门槛、主要厂商等。 本报告涉及的公司: Abaxis, Abbott Point of Care, Accriva Diagnostics, Achira, AgPlus Diagnostics, Akonni Biosystems, Alere (Abbott), Ativa Medical, Atlas Genetics, Atonomics, BD Diagnostics, BioCartis, Biodetection Instruments, Biofre (bioMérieux), BioSensia, Biosurft, Carbo Analytics, Carclo Diagnostic Solutions, Cepheid, Coris BioConcept, Daktari Diagnostics, DNA electronics, Dolomite Microfluidics, Enigma Diagnostics, Etta Healthcare (OvaGene Oncology), Fast-track Diagnostics, F Cubed, FluimediX, Focus diagnostics (DiaSorin Group), Genalyte, GeneFluidics, GenePOC, Great Basin, HemoCue (Radiometer, Danaher), Ikerlan, INO, Instant Labs, Iquum (Roche), Lacrisciences, LeukoDx, Luminex, Medimate, Mesa Biotech, Micronics (Sony), Molbio Diagnostics Pvt. Ltd, Nanomix, Nanosphere, NetBio, OndaVia, OPKO Diagnostics, Oxford Nanopore, Pall Corporation, PathSensors, Patterson, Philips, POC Medical Systems, PositiveID, QuantuMDx, Radiometer (Danaher), Radisens Diagnostics, Rheonix, Roche, Samsung, Sandstone Diagnostics, Sanwa Biotech, Schlumberger, SMB (Zoetis), Sony DADC (Stratec), Spartan Bioscience, Sphere Medical, SpinChip Diagnostics AS, StableLab, STMicroelectronics, TearLab, Tecil, Ubiquitome, Vista Therapeutics, Wako Diagnostics等。 报告目录: Executive summary Introduction What happened since 2014? Merger and acquisition analysis Collaborations Fundraising New products launched on the market PoN statistical analysis including applications covered and type of sample used Market data and forecasts Our defnitions and market segmentation Point of need test market data and forecast in volume Point of need test market data and forecast in value Related microfluidic device market for point of need testing in volume and value Microfluidics contribution in the fnal selling price of a test Microfluidic-based PoN tests market growth by segment Market segmentation Methodology Segment descriptions - S1: Emergency testing - S2: Third-world infections: remote area testing - S3: Home tests, doctor’s offce screening, decentralized hospital tests - S4: Genetic testing, companion diagnostics, forensics - S5: Veterinary testing - S6: Environmental and industrial testing - S7:Agro-food testing Focus on molecular diagnostics Sample preparation challenges Who’s the next PoC giant? Assay menus and multiplexing Which company is providing which assay menu? Focus on cardiac biomarkers High-plex vs. low-plex Regulatory and market access for Point-of-Care testing Regulatory requirement by country for USA, Europe and China Focus on the new IVD directive arriving in Europe Reimbursement landscape for Point-of-Care testing Reimbursement landscape in USA Reimbursement landscape in France, Germany, UK Regulations for veterinary diagnostics Regulations for agro-food industry Supply chain Conclusions 若需要《即时需求诊断:微流控技术应用》报告样刊,请发E-mail:wuyue#memsconsulting.com(#换成@)。
个人分类: 研究报告|547 次阅读|0 个评论
微流控系统的“鸿鹄之志”
coofish 2016-6-20 17:33
文章来源:麦姆斯咨询 原文链接: http://www.mems.me/mems/microfluidics_201606/3236.html 精准控制的微流控系统,对医学研究和病患护理具有重要意义。 自上个世纪80年代初问世以来,微流控技术的发展受到来自工程、物理、化学、生物化学、纳米技术和生物技术等多门学科的综合影响,正在不断扩展其生物医学平台的应用范围及其相关下游应用。例如,有许多生物医学和研究应用都通过微量流体处理,来实现复选、自动化和高通量筛选。 微流控技术的实施依赖于对约束在小型器件内部流体的精确控制和操作。被称为“微流控芯片”的器件内部,包含由硅、玻璃或塑料等材料通过蚀刻或注塑而成型的微通道。与宏观尺度分析系统(如基于微板或微管道的系统)相比,微流控分析系统有诸多优势,如显著缩减反应时间、减小尺寸、减少分析时间、提高试剂利用率以及更低的成本。 通常而言,微流控芯片处理的流体量为纳升到皮升数量级。基于毛细管(被动)、微泵和微阀(主动)的微流体控制技术都已经被开发出来。微流控技术的实用性被大大提高,紧跟细胞生物学、分子诊断、蛋白质组学以及DNA测序领域的研究和发展步伐。微流控技术更为人熟知的应用为喷墨打印头、芯片实验室系统以及用于毒素或病原体监测的生物传感器。 据麦姆斯咨询消息,7月11-12日,将在美国费城举办一场微流控会议,该会议将带来微流控领域的最新发展和应用。这次会议的演讲内容将包括微流控的发展策略及其技术进展、案例研究以及在医学研究领域的应用。相关企业、科学家和研究学者都将出席并参与分享。GEN杂志在开会前夕采访了部分与会科学家,邀请他们分享了他们将在大会上介绍的关于微流控技术领域需要重点关注的独特进展。 微型声流控(Microscale Acoustofluidics) 宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)生物工程科学与力学教授黄竣(Tony Jun Huang)博士,将展示一项称为声流控的创新型技术。他将为大家带来许多融合声学和流体学技术的生物医学系统。这些系统不仅通过了概念验证阶段,还证明了其生物相容性。 微型声流控系统的功率强度和频率保持在生物相容性范围内。从本质上说,声流控系统处理过程并不会改变细胞特性。黄博士表示:“微型声流控系统中的能量强度,与用于怀孕检测的超声波成像相当,,而后者已经验证了其内在安全性。” 声学“镊子”从血细胞中分离循环肿瘤细胞的过程 实际上,从生物学上来说,该技术非常温和,能够应用于蛋白质、高分子量DNA的转运,并能够在不破坏或细胞不失活的前提下转运活体细胞,因此该技术适用于多种应用,如蛋白质组学和基于细胞的分析等。这款声流控装置的尺寸和手机差不多,且价格低廉,能够提供高精度、高通量、高效率的细胞/颗粒/流体转运。 黄博士想要重点强调的下游应用之一,是循环肿瘤细胞的检测和分离,该方法可用于癌症诊断。他表示“该技术擅长罕见细胞的检测和分离,它能够分离并保存完整的细胞,用于之后的遗传型潜在治疗分析。” 毛细管微流控 麦吉尔大学(McGill University)生物医学工程副教授David Juncker博士将阐述毛细管微流控系统,一种用于免疫分析和细菌检测的快速成型技术。Juncker博士将描述如何使用亲水性材料(主要是硅基芯片),通过蚀刻专门设计的微通道,实现流体控制的毛细管流体驱动系统。Juncker博士用“更复杂的流体通道实现更复杂的流体功能”来形容该系统。 Juncker博士带领着一支来自麦吉尔大学微纳米生物工程实验室的科学家团队。该实验室研究一维毛细管微流体技术,从线型连续流动到串型数字毛细管微流体液滴。“我们把线型微流体和串型微液滴作为混合器,并且正在验证该想法在组织工程学领域的可行性。” 该实验室的部分下游应用包括心脏病免疫分析和尿路感染(urinary tract infections, UTIs)细菌检测。Juncker博士指出:“我们推出的基于毛细管微流控技术的尿路感染的大肠杆菌检测(E. coli),所需检测时间大约为7分钟,而经典培养法的检测时间往往需要几个小时到几天不等。”大多数输入的样本都可以进行测试,如尿液、血清和血浆。Juncker博士继续说道,“借助这种方法,我们可以通过免疫抗体检测得出细菌总数。” 他把这种用于快速细菌检测的3D打印工艺称为“为学生而变革(transformative for students)”的技术,因为仅需花费半个到一个小时的时间就可以设计并制备出原型样机,并可以在需要的时候快速的对该样机进行重新设计。Juncker博士宣称,“这样能帮助学生通过反复使用该3D打印工艺,尽快克服他们所遇到的困难,并创建更多复杂的微流体管路。”他的团队融合了生物材料、能源、流体力学、免疫学以及微生物学等多学科的专业知识。 Juncker博士及其同事著作颇丰,自2013年以来,他们已经在多本杂志上发表了超过21篇论文。Juncker博士说,“我们也正打算进一步探索DNA测试领域,作为我们研究成果的下一个应用领域。” 纸基微流控 科罗拉多州立大学(Colorado State University)化学教授兼Henry集团领导人Charles Henry博士,将在会议上阐述用于人类临床试验和环境诊断的纸基微流控芯片的近期发展。纸基微流控器件的优势包括潜在的易用性、低成本和易处置性。 “从普通沃特曼滤纸到复印纸,我们已经测试并使用了所有类型的纸张。” Henry博士表示,在疾病诊断应用领域,Henry集团与科罗拉多州立大学的兽医学、微生物学、心理学及其它部门展开合作,开发包括西尼罗河病毒、中东呼吸综合症、肺结核、人类乳突病毒和寨卡病毒在内的单个和多重细菌、病毒靶标分析。 就临床诊断而言,Henry博士指出:“最近,他们专注于使用纸基矩阵微流控芯片应用于肽核酸的比色检测分析,该分析可用于细菌和病毒的快速检测。” Henry博士集结了一支国际合作团队,研究将纸基微流控芯片应用于环境监控和检测 ,并已就相关主题发表了多篇论文。他们的研究专注于个体暴露环境下的金属检测和有机物反应评估,就快速反应和敏感度分析而言,多孔微流控芯片在该应用领域能够提供独特的分析能力,而且其价格很便宜。他们发表的纸基微流控芯片论文将电化学和比色检测结合在一起,应用于工业应用领域的金和铁金属的快速筛查。 “纸基微流控传感技术的另一个应用是可以作为可穿戴PM2.5检测装置,应用于死亡率或发病率筛查的环境检测。”Henry博士解释道。他们近期的另一个研究项目,是利用光刻技术在滤纸上制作微流体通道,将电化学检测和纸基微流控器件相结合。Henry博士及其团队使用丝网印刷技术在纸基微流控装置上制备电极,通过氧化酶反应来测定生物样本中葡萄糖、乳酸和尿酸的含量,并证明了其实用性。 液滴微流控 加拿大液滴微流控和芯片实验室研究会主席,滑铁卢大学(University of Waterloo)机械与机电工程系教授Carolyn Ren博士,将在会议上发表关于一种高通量筛选分析使能技术——液滴微流控的主题演讲。她将描述几个运用纳升尺寸液滴进行高通量筛选的应用案例。Ren博士的实验室评估了气-液分析系统,以及依赖于两种不混溶液体的液滴微流控分析系统。 “本次演讲的重点主要关于液相液滴微流控,”Ren博士说,“涉及液滴生成、捕获和分选等基本传输现象,以及液滴几何形状的物理建模,最终,液滴将在丁字型交叉节点完成分选。” 在她的实验中,液滴微流控器件所需的纳升级液体试剂量,相比基于微板的分析,降低了大约1000倍。“这是一项能够平台化的技术,能够应用于药物筛选、DNA检测、蛋白质结晶及其它应用。”Ren博士表示,“样本被封装到液滴内(就像水滴进入油性流体微通道)产生均匀一致的液滴,每个液滴相当于一个微型反应器。”Ren博士的微流控芯片实验室的研究也包含电学传感机理,如电容和微波传感技术等。 生物医学应用前景 微流控技术从材料、设计到下游应用的各种进步,都将在本次微流体会议上一一讨论,尤其是微流控材料、设计、控制相关的新技术、策略和方法,以及微流控技术在生物研究/生物医学领域的应用。从新材料的开发,到计量精度和液体处理控制的改善,微流控技术正循序渐进地飞速发展着。此外,液滴、数字化、离心式和声学微流控技术也在持续不断地完善中。 经过生物医学科学家和临床医师试验证明的功能性微流控应用正在不断扩大应用领域和使用范围。这些应用包含细胞、蛋白质、免疫、核酸、生物病原体(细菌和病毒)、化学和环境监测等多种分析。许多未来的生物医学问题,从大分子诊断到合成生物学,其中的部分研究以及指向逻辑解决方案的应用路径都将包含特定类型的微流控技术。
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能够直接打印内部血管网络的新型细胞打印工艺
热度 4 heyongzju 2015-5-21 10:15
能够直接打印内部血管网络的新型细胞打印工艺 摘要: 活性组织内遍布的各类血管是器官保持活性的根本,只有有效的加工出相似的血管网络才有可能实现营养的有效输送,确保3D打印后形成一个真正的活性器官。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室傅建中教授团队经过一年多的研究探索,成功探索出了一种全新的细胞打印工艺,该工艺能在打印组织结构的同时打印出内部的营养输送通道,使得大尺寸器官3D打印成为可能 。本细胞打印方法还可以广泛应用于片上器官、凝胶基微流控芯片、细胞传感器芯片、药物筛选芯片等领域。 在打印的组织中构建血管网络以运输营养一直是细胞打印领域的研究热点,常见的方法是先制造类似血管的流道结构,然后包覆在凝胶结构中,或者是基于牺牲工艺的流道构建技术。但是这些方法需要的工艺过程复杂,无法实现支架结构和流道网络的同时打印,难以在内部构造有效的流道,故无法解决大尺寸打印组织的后续培养问题。 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员提出了一种全新的基于中空凝胶纤维融合工艺的细胞打印方法,实现了支架结构和流道网络的同时成形。通过课题组自行研发的三维打印机,利用同轴喷头制造出中空凝胶纤维,通过三维打印平台控制中空凝胶纤维的沉积位置以及控制凝胶反应的交联时序,使中空凝胶纤维融合一起形成具有内置流道的三维结构。课题组通过大量的工艺实验,系统解决了凝胶融合工艺;证实了融合后的凝胶结构强度适合于器官打印要求;并通过后续的细胞培养验证了营养通道的有效性。 本方法源之于偶然发现,课题组有一次在使用同轴喷头进行凝胶纤维挤出实验时无意中发现两条凝胶丝可以融合在一起,并具有一定的强度,随后的多次重复实验表明适当的凝胶交联时序能够复现这一现象。由于凝胶纤维内部中空,便于营养输送,课题组开始尝试基于中空凝胶纤维进行组织打印,经过近一年的实验,从原理、工艺到装备上证实了本方法的可行性。 本方法的优点有: 1 、 利用未完全反应的中空凝胶纤维融合原理,在打印三维生物结构的过程中可以实现支撑结构和内部流道的同时制造; 2 、 形成内部流道的工艺简单,不需要后处理工艺,有利于细胞存活; 3 、 利用溶胶 - 凝胶交联反应的程度来实现中空凝胶纤维线与线和层与层之间的融合。结合中空凝胶纤维的尺寸,通过控制线与线和层与层之间的距离便可以得到融合成一个整体的三维生物结构; 4 、可以快速地制造尺寸较大的组织器官; 5 、打印出的微流道可以作为一块完整的凝胶微流控芯片,进行各种大通量药物筛选等生化应用; 6 、本工艺采用的是 AB 两种材料反应的模式,因而诸如纤维蛋白胶、壳聚糖等各种生物兼容性材料都可以采用本方法加载细胞打印出含流道网络的结构。 图 1 营养通道同时成型的细胞打印工艺原理图 图 2 基于中空凝胶纤维融合机理构建的流道网络结构(电镜图) 图 3 打印出的含营养通道网络的二维及三维凝胶结构 图 4 营养大分子在打印出的流道内可有效渗透 图 5 营养流道的内外径和打印工艺间的关系 图 6 可打印参数区间的确定(各工艺参数对打印过程的影响) 图 7 凝胶融合后强度表征 图 8 打印的含细胞凝胶结构(绿色为活的细胞,红色为死去细胞) 图 9 有无营养通道下细胞的活性对比 目前该成果已在 Elsevier 旗下的 Biomaterials ( IF=8.3 )期刊发表,题为“ Coaxial nozzle-assisted 3Dbioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery ”, DOI : 10.1016/j.biomaterials.2015.05.031 22 Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting with built-in microchannels for nutrie.pdf 论文第一作者为实验室博士生高庆,通讯作者为贺永 ( yongqin@zju.edu.cn ) ,围绕这个打印工艺及打印平台可以做很多更深层次的探讨,欢迎相关学科老师一起合作深化相关的研究。
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发表在Microelectronic Engineering上的有关血液分离的论文
zhenguan0 2014-9-11 11:38
Blood plasma separation microfluidic chip with gradual filtration Jingdong Chen , Di Chen, Tao Yuan, Xiang Chen, Yao Xie, Hualin Fu,Daxiang Cui, Xudong Fan, Maung Kyaw Khaing Oo Blood plasma separation microfluidic chip with gradual filtration.pdf Blood is one of the most crucial biological materials that can be used to diagnose diseases. In order to avoid the effects of blood cells for cell free plasma detection, the first step toward a blood test is the blood separation. We developed a microfluidic chip for blood plasma separation with gradual filtration, which consisted of front-end cell capture structures and back-end filters. Two types of filters were proposed: straight line filters and square wave filters. The cell capture structures and filters, fabricated on PDMS (polydimethylsiloxane), included two structural layers. The first layer consisted of pillars to create small gaps between the second layer and glass, which enabled the flow of the plasma through the capture structures while trapping the cells in the structures. The second layer was an array of U-shaped structures. The results showed that the separation efficiency of plasma enhanced with increased dilution factor and decreased height of the gap created by the pillar layer. The separation efficiency was only 20% under 2 lm gap and dilution factor 10 and increased to 91% under the gap of 1 lm height and dilution factor 50 in the chip with the straight line filters. The separation efficiency was close to 100% under the gap of 1 lm height and dilution factor 20 in the chip with the square wave filters. Blood plasma separation microfluidic chip with gradual filtration.pdf
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33界国际高效液相分析和相关技术研讨会(HPLC2008)学术总结报告
yingzhu 2008-12-21 22:28
33界国际高效液相分析和相关技术研讨会(HPLC2008) 学术总结报告 2008年12月2-5号,第33界国际高效液相分离与相关技术研讨会在日本京都大学举行。本次会议议题涉及液相分离的各个领域,比如色谱柱技术,新型色谱分离模式,电泳,试样预处理技术,检测器,仪器微型化,以及在组学研究(基因组,蛋白组,代谢组,本草组,金属组等)、药物分析、生物医学研究中的应用。本人有幸参加了这次学术盛会,现将本次会议按照如下重点议题进行总结: 一.新型色谱柱系统以及仪器微型化 色谱柱是色谱系统的核心,决定了分离分析的总体质量。新型色谱柱受到了最广泛的关注。在色谱柱方面,本次大会报道的新型色谱柱技术主要包括:比利时Desmet等人利用微机电加工技术在玻璃或者聚合物基片上直接加工高规整度的色谱柱,高度规整的色谱柱可以消除涡流扩散对色谱分离的影响,可以极大的提高色谱分析性能;日本Kitamori课题组提出了采用微机电加工技术直接加工纳米级开管式色谱柱,纳米深度的开管色谱柱具有极大的比表面积,并且没有涡流扩散的影响,可以实现高效快速的色谱分离;还有我们课题组在本次会议报道的液滴阵列色谱,同样采用了微加工技术在基片上加工可以捕获液滴固定相的微结构,这种色谱的优势是设计简单,相比大,色谱柱压小,具有广阔的应用前景。从上面的三个主要工作,可以看出微流控技术正受到色谱领域的广泛关注,这是由于微流控技术除了可以带来新的色谱柱模式,提高色谱分析的效率以及分离速度,还有一个原因就是微流控技术是很有可能实现色谱系统微型化和便携化的平台技术。 另外色谱柱系统的工作主要是不同分离机理色谱柱系统。由于生物样品分析中大部分样品是亲水性的,传统的C18反相柱已经不能满足其需要,本次会议亲水作用色谱固定相引起关注,即HILIC柱。其工作主要集中在HILIC分离机理的探讨,HILIC固定相的制备与比较,以及蛋白质多肽的应用性研究。整体柱色谱的工作报道占很大的比例,主要工作集中在聚合物整体柱的制备以及硅胶聚合物杂交整体柱的制备上。还有一块工作的报道也以各种的形式出现,那就是手性拆分。手性样品的分离一直以来都是难以解决的问题,本次会议的工作集中在手性色谱柱的制备,合成不同的手性色谱固定相。 另外,亲和色谱在检测生物样品中的特定物质含量有比较好的应用。由于亲和色谱机理简单,特异性强,可以按照目标产物设计不同的亲和基团,这样可以利用亲和色谱来检测疾病标志物。本次会议报道了几种亲和色谱柱的制备方法。 二.高效率,高速度,高峰容量分离 由于高速液相色谱USLC的实现,高效,高速分离近年来受到极大的关注。USLC系统采用小于2 m的非多孔色谱柱填充颗粒,极大的降低了传质阻力,可以在提高色谱分离速度的同时而不损失分离效率。USLC系统加工与集成要求较高,这部分的原创性工作主要集中的公司里面。在高压条件下的高度流体会产生热效应,导致流速与踏板高度对应曲线与理论在高速条件下偏差较大,Water公司一位研究人员采用计算机模拟的方法对理论曲线进行了校正,可以很好的解释这一不寻常的现象。 大规模蛋白质组学需要对上万的样品组分进行分离,一方面需要色谱柱的峰容量较高,另一方面需要提高分析速度。虽然可以增加色谱柱的长度来增加色谱柱的峰容量,但是这是以牺牲分离时间为代价的。可以同时兼顾分离时间与峰容量的方法就是多维分离。采用两种不同分离机理的色谱的连用,将第一个色谱柱的流出物注入到第二色谱柱中,由于分离机理的不同,在第一维柱中难以分离的组分可以较高选择性的在第二色谱柱中进行分离。并且,峰容量不是简单的双柱相加,而是相乘,这样峰容量便成比例上升。本次会议中,多维色谱的创立人Guiochon教授来到会场,详细介绍了多维色谱的理论与他们的研究成果。其他研究组也介绍了多维色谱在生命科学中的应用。 另外一种实现高效,高速分离的方法就是采用较长的整体柱。整体柱与填充柱的不同便是其柱压下,可以在减小孔径的同时很少的提高柱反压,这样就可以提高色谱柱的长度,增加流动相的流速来实现快速以及高峰容量的分离分析。本次会议报道了不同类型的聚合物整体柱,比较有特色的一个是采用海绵作为整体柱体,这种色谱柱具有超高的渗透性,而且制备简单,成功率高。 三.高效液相分离技术在组学(蛋白质组,代谢组)、药物分析、生物医学研究中的应用 HPLC在组学方面的应用性研究主要集中在中国大连化物所几个研究课题组当中,如邹汉法课题组报道了几种不同的整体柱用于蛋白质磷酸化位点的测定;许国旺课题组采用多维液相色谱用于代谢组学研究,筛选出几种可能糖尿病的潜在生物标志物,相关工作得到国际同行认可。 国外实验室的应用性研究集中在药物分析和生物医学研究上。比如Kennedy课题组采用微渗析-电泳-质谱连用对小鼠大脑对刺激剂的在线应激反应,他们考察了不同状态下小鼠大脑中几种氨基酸的含量,并且发展了一系列提高此分析系统性能的新方法和新技术。比如发明了一种纳升级渗析针来提高空间分辨率,采用微流控液滴间隔的方法提高分析的时间分辨率,都大大提高了分析的灵敏度和可靠性。采用电泳的方法来测定单细胞中物质的含量仍然受到关注,本次会议邀请报告中Edward S.Yeung报道了采用毛细管电泳测定单细胞中NAD和NADH的含量和比例,称此指标反映了单细胞的生物活性。伊利诺斯州立大学的Sweedler采用毛细管电泳-荧光光谱对单个神经细胞中几种神经递质进行分析测定,另外采用毛细管电泳-电喷雾质谱可以分析大部分的非荧光性物质,他们搭建了一套高灵敏度的CE-ESI-MS系统,检测灵敏度小于1 amol。 这次会议让我在对本领域有了整体的把握,也对液相分析领域的发展方向有了深刻的认识。现在,色谱学的研究着重在色谱柱的制备,主要是整体柱以及手性柱;亲和色谱和疏水作用色谱受到关注;多维分离仍然在发展当中;毛细管电泳是一个很好的补充,特别在单细胞分析以及在线分析中有其特定的优势;试样前处理,尤其是SPME和LPME仍然占有重要的席位;微流控作为一个新兴领域,在本次大会大放异彩,占了大会报告的半壁江山。然而,在很多重要领域,没有新的进展出现,主要有流动相驱动和进样系统、电色谱系统、新型色谱检测器、LC-MS,CE-MS接口。 这次会议我的最大感触就是一定要走具有自己特色的路,不要盲目随从!虽然色谱柱的制备很热门,但是除了第一个提出新型色谱柱制备方法的人之后,大部分跟风的人就要面临残酷的竞争。比如从TANAKA发明了整体柱之后,国内的很多研究所开始学习这套技术,有的全部采用这套技术,然后应用到实际样品;有的更改合成的固定相碳链长度,或者更改聚合条件,或者优化组成之类,无论如何,都很难超过TANAKA。而且这种盲目跟风的结果会造成大量重复的试验,得到大量重复的结果。相反,走自己路的人却可以做出跟多新的东西。在试样前处理方面,新加坡LEE课题组报道的液相微萃取方法受到很高的评价,还有加拿大PAWLISZYN报道的固相微萃取都是很好的具有应用前景的新方法。还有一个感触就是要做原创的,有趣的工作。微流控就是最有代表的一个,微流控能带给我们很多新的现象,让我们发现很多新的分析方法,得到很多意想不到的结果。往往这种工作能让人眼前一亮,吸引人的注意力,让人感觉科学和艺术之间的相通性。另外一个给我印象深刻的例子就是利用冰粒做色谱固定相,通过低温喷雾制备微米级的冰粒,冰表面是亲水的而且具有极性保留基团,不需任何处理便可以作为正相色谱固定相。另外他们还发现冰的一些其他特性可以用在分析化学上,比如低的光折射率,这点可以用在液芯波导方面用于光度检测。这是一个很好的做研究的思路,如果你发现了一个新现象或者开辟了一个新方法,一定要坚持把这个方法做到极致,致力于找他的应用点,就会收到意想不到的效果。
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