利用微流控技術(shù)在微流控芯片通道內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)很多生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的工作人員來講是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)，通過該技術(shù)可以大規(guī)模的降低實(shí)驗(yàn)耗材消耗，提高實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化效率，模擬實(shí)際生物環(huán)境下的細(xì)胞生長(zhǎng)行為等。在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中，活細(xì)胞成像的細(xì)胞培養(yǎng)都具有較大的應(yīng)用前途，那么現(xiàn)在有沒有一款或一套合適的儀器來做細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)呢？答案是有的，Elveflow微流控灌注套裝（Perfusion Pack）結(jié)合ALine公司的Microslides便可以完成細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

Elveflow微流控OB1壓力控制器的詳細(xì)介紹：Elveflow微流控壓力泵/壓力控制器OB1（四通道）簡(jiǎn)要介紹

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也可以隨時(shí)關(guān)注我們的微信公眾號(hào)：信號(hào)測(cè)量與微流控系統(tǒng)

      多相微流控系統(tǒng)是包含兩種及兩種以上流體或相態(tài)的微流控系統(tǒng)，其流道的典型尺度在納米到亞毫米量級(jí)。因其所需流體量少，熱質(zhì)傳輸響應(yīng)速率快，產(chǎn)生污染物少等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于熱控、生物芯片、YL、化工、能源等各個(gè)領(lǐng)域。但因流體細(xì)小、速度快，存在研究時(shí)無法直接清晰觀測(cè)其流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和流體運(yùn)動(dòng)流速的痛點(diǎn)。

       中科院化學(xué)所喬燕教授研究多相微流體試驗(yàn)時(shí)，利用千眼狼高速攝像機(jī)與顯微鏡組合拍攝觀察微流體中液滴狀態(tài)及液體流速。此次試驗(yàn)將高速攝像機(jī)通過C口轉(zhuǎn)接環(huán)連接顯微鏡鏡頭上方，以10倍放大倍數(shù)清晰拍攝微流體控制過程，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

       高速攝像機(jī)可以每秒1000~10000幀的速度記錄，可拍攝整個(gè)流體流動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)畫面，并能取得精確的微流體尺寸和速度信息。

       試驗(yàn)中通過千眼狼高速攝像分析系統(tǒng)慢放觀看微流體中液滴運(yùn)動(dòng)過程，如圖2所示，并分析得到微流體試驗(yàn)時(shí)液相油相不同配比流速時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括液滴直徑，液滴數(shù)量等相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 慢放幀畫面

       多相微流體系統(tǒng)研究對(duì)微流控技術(shù)發(fā)展非常關(guān)鍵。如何建立多相微流體系統(tǒng)相關(guān)研究基礎(chǔ)理論，解析其反應(yīng)過程與機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)及反應(yīng)的JZ調(diào)控，高速攝像機(jī)及測(cè)量技術(shù)可在此研究過程中發(fā)揮重要作用。

電阻抗檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生命科學(xué)、食品安全、疾病診斷等領(lǐng)域。在微流控領(lǐng)域，電阻抗檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于單細(xì)胞或微液滴的檢測(cè)與分析、生物組織分析、細(xì)胞計(jì)數(shù)、細(xì)胞分選、交流介電電泳（DEP）和生物阻抗測(cè)量等。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的微流控電阻抗檢測(cè)系統(tǒng)在一定程度上可以看成是由多個(gè)不同功能的模塊經(jīng)過有效的有機(jī)組合而成的。該檢測(cè)系統(tǒng)主要包括五個(gè)模塊：微流控電阻抗檢測(cè)芯片、微流控芯片進(jìn)樣泵、流量計(jì)或壓力計(jì)、電阻抗分析儀/鎖相放大器、光學(xué)顯微鏡等，如下圖所示。

對(duì)于以上四個(gè)模塊的組合，我們僅僅給出一個(gè)微流控電阻抗檢測(cè)系統(tǒng)的連接示例，如下圖1所示。對(duì)于該系統(tǒng)中所用到的設(shè)備，可以使用其他的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行代替，但是總體的連接方式是相同的。MFCS或者OB1Mk3驅(qū)動(dòng)泵把儲(chǔ)液池內(nèi)的液體推入到微流控芯片的通道內(nèi)。MFLI或者HF2LI產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)不同頻率的正弦電壓信號(hào)，施加在電阻抗芯片的激勵(lì)電極上，敏感電極測(cè)量到的電流信號(hào)經(jīng)過跨阻放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大后的電壓信號(hào)輸送到MFLI或者HF2LI鎖相放大器。MFLI或者HF2LI鎖相放大器和MFCS或者OB1mk3驅(qū)動(dòng)泵的參數(shù)調(diào)節(jié)和控制都在PC電腦上的LabOne軟件和MAESFLO軟件或者Elveflow Smart Interface上進(jìn)行設(shè)置。

圖1 微流控動(dòng)態(tài)電阻抗檢測(cè)系統(tǒng)連接圖

HF2儀器與電阻抗芯片連接的實(shí)物圖

如下以瑞士蘇黎世儀器的MFLI鎖相放大器連接電阻抗芯片為例介紹微流控動(dòng)態(tài)電阻抗檢測(cè)的原理。

MFLI鎖相放大器與電阻抗芯片的連接圖

動(dòng)態(tài)電阻抗檢測(cè)可用于測(cè)量微流體芯片通道內(nèi)單個(gè)粒子的介電特性。以兩對(duì)共面電極的微流控電阻抗芯片為例介紹動(dòng)態(tài)電阻抗檢測(cè)的過程，芯片結(jié)構(gòu)示意圖[8]如上圖所示。在微流體芯片通道內(nèi)加工兩對(duì)金屬微電極，一對(duì)微電極作為測(cè)量電極，用于測(cè)量介質(zhì)溶液中單個(gè)粒子經(jīng)過時(shí)的電流變化，而另一對(duì)電極作為參考電極，僅用于測(cè)量介質(zhì)溶液的電流。當(dāng)MFLI鎖相放大器對(duì)兩對(duì)電極同時(shí)施加一定幅值且具有一個(gè)頻率或多個(gè)不同頻率的交流信號(hào)時(shí)，微流體芯片通道內(nèi)兩對(duì)電極之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。當(dāng)粒子經(jīng)過電極對(duì)之間的間隙時(shí)，電場(chǎng)會(huì)受到擾動(dòng)而產(chǎn)生電流的變化，電流變化的幅度取決于粒子的尺寸、形狀和介電性質(zhì)。變化的電流經(jīng)跨阻差分放大器進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為差分電壓信號(hào)。MFLI鎖相放大器同時(shí)解調(diào)一個(gè)頻率或多個(gè)不同頻率的差分電壓信號(hào)，從而給出每一個(gè)頻率信號(hào)的同相分量和正交分量或者幅值和相位值，同時(shí)抵制所有其他頻率信號(hào)的干擾。所測(cè)量的電阻抗的變化可在本地電腦上的LabOne軟件里的Plotter進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察且測(cè)量的數(shù)據(jù)可直接保存在本地電腦，方便后續(xù)使用MATLAB、Python等軟件進(jìn)行分析處理。

LabOne軟件顯示動(dòng)態(tài)差分測(cè)量的顯示曲線

帶有共面金屬電極的PDMS芯片中產(chǎn)生油包水微液滴，石蠟油為連續(xù)相（含span80表面活性劑），經(jīng)過濾后的去離子水為分散相。產(chǎn)生的微液滴如下視頻所示。

MFLI鎖相放大器動(dòng)態(tài)差分輸入檢測(cè)PDMS芯片中產(chǎn)生的微液滴視頻如下所示。

微流體氣泡是指采用微流控技術(shù)產(chǎn)生的液體環(huán)境中存在的微小腔室。水泡是指微小氣體腔室存在于水溶液中。微流控技術(shù)采用微流控芯片和流量控制泵來產(chǎn)生各種各樣的微氣泡。

微泡沫由分散在液體連續(xù)相中的微泡組成。 泡沫性質(zhì)取決于微泡的產(chǎn)生性質(zhì)和性能。 微氣泡和微泡沫廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、食品、石油增強(qiáng)恢復(fù)、生物學(xué)、化妝品及去污劑等方面。

本次網(wǎng)絡(luò)課堂介紹了微氣泡產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)、產(chǎn)生方法（流動(dòng)聚焦、T型結(jié)構(gòu)或同軸流）、產(chǎn)生裝置及微氣泡的應(yīng)用。