目錄
前言
第1章 微流控芯片的設(shè)計和制作 1
1.1 引言 1
1.2 微流控芯片制作材料的發(fā)展 4
1.2.1 無機材料在芯片制作中的應用 5
1.2.2 硅彈性體材料 8
1.2.3 熱固性與熱塑性塑料 9
1.2.4 凝膠材料 10
1.2.5 紙基微流控芯片 11
1.2.6 雜化材料 13
1.3 芯片制作方法 14
1.3.1 軟光刻法 14
1.3.2 廣義納米尺度通道技術(shù) 15
1.3.3 三維打印技術(shù) 16
1.4 微流控芯片功能結(jié)構(gòu)單元的集成 18
1.4.1 流體操控：微泵、微閥和混合器 19
1.4.2 濃度梯度產(chǎn)生器 20
1.4.3 細胞培養(yǎng)單元 22
1.4.4 芯片集成生物傳感器 23
1.4.5 微流控離心裝置 24
1.5 總結(jié)與展望 25
1.5.1 床邊診斷 26
1.5.2 可植入設(shè)備 27
1.5.3 智能移動設(shè)備 28
參考文獻 30
第2章 微流控芯片上細胞分析的研究進展 37
2.1 引言 37
2.2 細胞培養(yǎng) 38
2.2.1 三維細胞培養(yǎng) 38
2.2.2 細胞共培養(yǎng) 39
2.2.3 芯片上的組織/器官 41
2.3 細胞操控 42
2.3.1 基于微結(jié)構(gòu)的細胞操控 42
2.3.2 自由流細胞操控 42
2.3.3 電動力細胞操控 43
2.4 細胞刺激 45
2.4.1 流體控制 45
2.4.2 梯度產(chǎn)生 46
2.4.3 機械力刺激 48
2.5 細胞分析 50
2.5.1 樣品準備 50
2.5.2 樣品分析 57
2.6 結(jié)論與展望 66
參考文獻 67
第3章 微流控細胞分選與識別技術(shù)在生物醫(yī)學中的應用 77
3.1 引言 77
3.2 基于物理方法的微流控細胞分選技術(shù) 78
3.2.1 基于精細微結(jié)構(gòu)的芯片用于細胞捕獲 78
3.2.2 基于微流控芯片流體力學的細胞分離方法 79
3.2.3 基于表面聲波的微流控細胞分選技術(shù) 81
3.2.4 基于介電電泳的微流控細胞分選技術(shù) 82
3.3 基于生物親和的微流控細胞分選技術(shù) 83
3.3.1 基于抗體親和識別的細胞分選技術(shù) 83
3.3.2 基于核酸適配體的特異性細胞捕獲技術(shù) 84
3.3.3 基于生物納米界面的細胞捕獲技術(shù) 85
3.4 微流控細胞分選與識別在生物醫(yī)學中的應用研究 86
3.4.1 血液循環(huán)腫瘤細胞分離、識別與分析 86
3.4.2 微流控細胞分選技術(shù)在細胞生化分析中的應用 88
3.4.3 微流控細胞分選技術(shù)在干細胞分離與純化中的應用 88
3.5 結(jié)論與展望 90
參考文獻 91
第4章 基于微流控芯片的細胞培養(yǎng)和觀察 95
4.1 引言 95
4.2 細胞培養(yǎng)類型 95
4.2.1 二維培養(yǎng) 95
4.2.2 三維培養(yǎng) 96
4.3 細胞排布 98
4.4 細胞微環(huán)境的控制 100
4.4.1 物理因素梯度 102
4.4.2 化學因素梯度 102
4.4.3 細胞-細胞及細胞-細胞外基質(zhì)間相互作用 104
4.5 適用于微流控裝置的非破壞性觀察方法 105
4.5.1 光學相關(guān)方法 106
4.5.2 電化學相關(guān)方法 108
4.6 微流控在細胞生物學中的應用 109
4.6.1 信號轉(zhuǎn)導 109
4.6.2 基因表達 110
4.6.3 干細胞分化 111
4.7 展望 112
參考文獻 113
第5章 微流控芯片上的細胞遷移研究 119
5.1 引言 119
5.2 基于微流控芯片的趨化性研究 122
5.2.1 基于微流控芯片的梯度發(fā)生器 123
5.2.2 基于對流和擴散的細胞趨化性研究 131
5.3 基于微流控芯片的趨電性研究 134
5.3.1 基于單電場微流控芯片的趨電性研究 135
5.3.2 基于多電場微流控芯片的趨電性研究 136
5.4 結(jié)論 137
參考文獻 137
第6章 微流控芯片結(jié)合生物材料用于細胞培養(yǎng)和分析 142
6.1 引言 142
6.2 構(gòu)建微流控芯片材料 142
6.2.1 無機材料 142
6.2.2 聚合物材料 144
6.2.3 凝膠和紙材料 147
6.3 細胞培養(yǎng) 149
6.3.1 平面細胞培養(yǎng) 149
6.3.2 三維細胞培養(yǎng) 152
6.4 器官芯片 158
6.5 芯片上細胞微環(huán)境的模擬和操控 161
6.6 芯片上的細胞觀察 162
6.6.1 細胞富集 163
6.6.2 細胞成像 164
6.7 芯片上的細胞分析 166
6.7.1 群體細胞分析 166
6.7.2 單細胞分析 168
6.7.3 微流控-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) 169
6.8 小結(jié) 172
參考文獻 173
第7章 基于液滴的微流控細胞分析 177
7.1 引言 177
7.2 液滴生成原理 180
7.2.1 界面張力 181
7.2.2 無量綱數(shù) 182
7.3 液滴生成方法 182
7.3.1 T 形交叉結(jié)構(gòu)法 183
7.3.2 聚焦流結(jié)構(gòu)法 184
7.3.3 同流結(jié)構(gòu)法 184
7.3.4 其他方法 184
7.4 液滴微流控分析方法 185
7.4.1 熒光法 185
7.4.2 質(zhì)譜法 187
7.4.3 電化學檢測法和毛細管電泳法 189
7.4.4 其他檢測方法 189
7.5 單細胞分析 190
7.5.1 單細胞包裹 190
7.5.2 液滴分選 192
7.5.3 單細胞蛋白分析 194
7.5.4 單細胞PCR 195
7.6 細胞操控 197
7.7 結(jié)論與展望 200
參考文獻 200
第8章 微流控技術(shù)下的單細胞分析 207
8.1 引言 207
8.1.1 芯片實驗室的誕生 207
8.1.2 單細胞分析與微流控技術(shù) 207
8.2 生物組織解離 208
8.2.1 傳統(tǒng)生物組織解離方法 208
8.2.2 基于微流控芯片的生物組織解離方法 209
8.3 細胞分選 210
8.3.1 傳統(tǒng)細胞分選方法 210
8.3.2 基于微流控技術(shù)的細胞分選方法 211
8.3.3 微流控細胞分選的未來展望 216
8.4 單細胞提取 217
8.4.1 傳統(tǒng)方法 217
8.4.2 基于微流控系統(tǒng)的方法 218
8.5 單細胞裂解 221
8.5.1 傳統(tǒng)方法 221
8.5.2 基于微流控系統(tǒng)的方法 222
8.6 單細胞分析檢測 225
8.6.1 單細胞熒光成像 225
8.6.2 單細胞電化學分析 226
8.6.3 單細胞質(zhì)譜分析 226
8.7 展望 226
參考文獻 227
第9章 微流控芯片-質(zhì)譜在細胞分析中的應用 231
9.1 引言 231
9.2 質(zhì)譜儀接口 232
9.2.1 ESI接口 232
9.2.2 MALDI接口 235
9.3 芯片中細胞的樣品處理 236
9.3.1 細胞樣品預濃縮 236
9.3.2 細胞樣品分離 237
9.4 細胞分析中的應用 238
9.4.1 蛋白質(zhì)組學 238
9.4.2 代謝組學 239
9.4.3 糖組學 240
9.4.4 單細胞分析 241
9.5 結(jié)論與展望 242
參考文獻 243
第10章 微流控芯片上的生化分析技術(shù)及其應用 247
10.1 引言 247
10.2 微流控芯片上的生化分析技術(shù) 247
10.2.1 光學檢測 247
10.2.2 電力控制 250
10.2.3 磁力操控 252
10.2.4 表面聲波 254
10.3 應用 256
10.3.1 基因分析 256
10.3.2 蛋白質(zhì)檢測 259
10.4 結(jié)論與展望 261
參考文獻 262
第11章 微流控芯片上藥物研究進展 266
11.1 引言 266
11.2 微流控芯片 266
11.2.1 基于細胞的微流體模型系統(tǒng) 267
11.2.2 微流控芯片3D 細胞培養(yǎng) 268
11.2.3 器官芯片 270
11.2.4 全組織芯片 278
11.3 芯片-質(zhì)譜平臺 280
11.4 藥物研究中的應用 281
11.4.1 藥物遞送 281
11.4.2 藥物代謝與毒性 281
11.4.3 口服藥物藥代動力學系統(tǒng) 282
11.4.4 藥物-液滴技術(shù) 283
11.5 挑戰(zhàn)與前景 285
參考文獻 286
第12章 微流控芯片上細胞代謝物的研究 290
12.1 引言 290
12.2 微流控平臺上細胞的培養(yǎng) 292
12.2.1 微流控技術(shù)在細胞培養(yǎng)中的應用 292
12.2.2 微流控技術(shù)在細胞微環(huán)境研究中的應用 297
12.3 基于微流控技術(shù)的細胞代謝物分離和檢測方法 301
12.3.1 基于微流控技術(shù)的細胞代謝物分離方法 301
12.3.2 細胞代謝物檢測系統(tǒng) 304
12.4 應用 309
12.4.1 臨床診斷 309
12.4.2 藥物研究和開發(fā) 310
12.4.3 毒理學研究 311
12.5 展望 312
參考文獻 312
第13章 基于微流控技術(shù)的微生物學研究 315
13.1 微生物與微流控技術(shù)的前世今生 315
13.2 微生物及其培養(yǎng)方式的特點 317
13.2.1 傳統(tǒng)的研究分析方法 317
13.2.2 微流控培養(yǎng)的新方法 317
13.3 基于微流控技術(shù)研究細菌的基本方法 319
13.3.1 通道內(nèi)培養(yǎng) 319
13.3.2 微室內(nèi)培養(yǎng) 321
13.3.3 瓊脂包裹 321
13.4 單細胞研究 322
13.5 微生物與微流控技術(shù)聯(lián)用的應用 324
13.5.1 基礎(chǔ)科學 324
13.5.2 抗藥性檢測 325
13.5.3 毒性檢測 327
13.5.4 癌癥監(jiān)測與治療 327
13.5.5 微生物燃料電池 328
13.5.6 食品安全 330
13.6 機遇與挑戰(zhàn) 331
參考文獻 332