蛇形流道中微粒惯性聚焦及细胞操控技术

惯性微流控技术作为一种被动式操控微粒的技术,广泛应用于生物医学领域。基于惯性聚焦原理,设计了两种不同宽高比的非对称蛇形流道的微流控芯片,以研究宽高比、流道长度和流体体积流量对微粒惯性聚焦行为的影响。使用软光刻与等离子体键合工艺制作芯片,研究了粒径15μm聚苯乙烯荧光粒子在蛇形流道中的惯性聚焦特性,以及该芯片操控H1299人非小细胞肺癌细胞的效果。结果表明:在宽高比为4∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为100μL/min时产生单列聚焦。在宽高比为3∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为10μL/min时即可产生单列聚焦,且粒子在低宽高比流道中仅需更短的流道即可实现聚焦。此外,随着体积流量的增大,粒子的聚焦位置逐步向外壁面迁移。最后,验证了H1299细胞在低宽高比流道中的单列聚焦与排列操控的可行性。该研究结果表明低宽高比的非对称蛇形流道更易于粒子惯性聚焦,且通过优化流道结构与体积流量可实现生物细胞的精确惯性操控。

微流控芯片上单细胞操控与分析方法研究进展

单细胞水平的异质性已经被人们广泛认识,而传统的细胞分析会忽视这种异质性,限制了细胞生物学、医学等领域的发展.为了深入研究细胞异质性,需要在单细胞水平上对细胞进行多样化的操作和全面的分析.由于在微通道内对微纳升尺度流体的精确控制能力,以及高通量、自动化、低污染等优点,微流控技术成为单细胞分析的理想技术.本文综述了近年微流控技术在单细胞操控与分析中的应用,总结了一些有前景的微流控单细胞操控方法的原理和研究进展,包括流体动力学、电学、声学、光学和磁学方法,以及与微流控芯片联用的荧光、电化学、质谱和拉曼光谱检测方法.最后,我们还讨论了微流控芯片上单细胞操控与分析的研究趋势.

基于锥形光纤光镊的细胞操控与神经调控

光学操控已被广泛应用于生物医学、物理和材料科学等领域.近年来,锥形光纤光镊由于具有操作灵活、结构紧凑、易于制造等特点,在光学操控领域引起了极大关注.作为一种非侵入式光操控工具,锥形光纤光镊不会对生物组织和活体细胞产生接触式物理损伤,因而可以直接应用于细胞的多维度操控.此外,红外光波对生物组织具有良好的穿透性,这使得锥形光纤光镊在生物及医学领域有着不俗的表现.在这篇综述,笔者总结了锥形光纤光镊在单细胞、多细胞、亚细胞等层面的研究现状,并介绍了其在神经细胞调控方面的最新进展.

实时可重构的共面型光诱导介电泳微操纵平台

归纳与总结了各类单细胞微操作技术的最新研究进展,提出一种新的实时可重构的共面型光诱导操控平台,完成了光诱导介电泳芯片的设计、加工与操控平台的搭建。在通过采用机器视觉及模式识别技术实现微粒自动识别与实时追踪的基础上,通过视觉反馈控制在光电导层上生成动态可重构的光模式虚拟电极阵列,形成特定的空间势能形貌,并基于介电泳效应实现微粒的可编程操作。最后,基于多物理场耦合模型及数值模拟技术,定量分析了新式光诱导介电泳芯片的捕获及释放模式,并基于临界最大流速Q这一品质因数,对比分析了共面型与经典式光诱导介电泳捕获模型的尺寸选择性与槽道高度相关性。研究结果表明,共面型光诱导介电泳模型相对于经典光电子镊而言,在单细胞排布方面更具有优势——更高的捕获强度、稳定性、选择性以及分选效率。

Magnetic Helical Micro-and Nanorobots:Toward Their Biomedical Applications

Magnetic helical micro- and nanorobots can perform 3D navigation in various liquids with a sub- micrometer precision under low-strength rotating magnetic fields （〈 10 rer）. Since magnetic fields with low strengths are harmless to cells and tissues, magnetic helical micro/ nanorobots are promising tools for biomedical applications, such as minimally invasive surgery, cell manipulation and analysis, and targeted therapy. This review provides general information on magnetic helical micro/nanorobots, including their fabrication, motion control, and further functionalization for biomedical applications.

光镊技术的研究现况

光镊技术是激光技术的重大发明,能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应,已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展,也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁,彰显出了它独特而不可替代的作用。综述回顾了30年来光镊理论和技术的发展,系统梳理了光镊在细胞生物学、单分子生物学、软物质胶体科学以及物理纳米科学等领域的应用,并列举典型的应用实例,探讨了光镊技术应用的特点,展望了光镊技术应用蓬勃发展的美好未来。