端面不透光的PDMS微柱阵列制备与图像处理方法研究

细胞可对外界施加力的作用,从而感知外界环境并做出力学响应。聚二甲基硅氧烷(PDMS)微柱阵列被广泛应用于细胞力测量,通过测量微柱顶面在细胞力作用下的位移量,获得细胞力的大小及方向。然而,由于PDMS微柱的高透明度,当利用明场显微图像进行图像处理计算微柱位移量时,提取微柱端面质心的算法较为复杂。提出了一种利用磁珠修饰微柱端面使其不透光的方法,以降低图像处理算法复杂度,同时提高微柱位置的识别精度。磁珠在外界磁场作用下被引入模具,向模具中浇铸PDMS后,得到端面嵌有磁珠的不透光PDMS微柱。修饰过后的微柱,其端面会在倒置显微镜下形成实心圆形图案,可以直接用regionprops函数计算出实心圆形图案的质心;未经修饰的微柱,在倒置显微镜下形成环形图案,需要用运算更为复杂的霍夫变换来计算环形图案质心。实验结果表明:该PDMS微柱修饰方法能使微柱端面与基底的对比度得到很大提高,因此在提取端面质心时,不需要用到霍夫变换,减小了图像处理中算法的复杂度,并且提高了微柱定位的精度。

PDMS微柱阵列型拓扑结构基底增强HepG2细胞TRPV1、TRPV4通道表达及功能响应性

制备了微柱名义直径为4μm或10μm,名义间距为4μm或7μm,名义高度为4μm的聚二甲基硅氧烷微柱阵列型拓扑结构基底,研究了HepG2细胞与拓扑结构基底复合后细胞瞬时受体电位通道TRPV1、TRPV4在基因和蛋白水平的表达及其功能响应性。细胞TRPV1和TRPV4在基因水平表达的评价采用定量PCR技术进行;TRPV1和TRPV4在蛋白水平的表达以免疫印迹和免疫荧光染色确认;TRPV1和TRPV4功能响应性的研究系以TRPV1和TRPV4激动剂辣椒素和4α-佛波醇-12,13-二葵酸酯刺激细胞,采用钙离子染料钙绿-1结合激光共聚焦显微技术记录钙内流动态过程,以钙内流荧光响应幅度及阳性响应比率进行评价。实验结果表明,在四种拓扑结构基底上细胞TRPV1和TRPV4的mRNA表达量均显著高于平面基底上相应值。免疫印迹实验证实了TRPV1和TRPV4在蛋白水平的表达,且拓扑结构基底上TRPV1和TRPV4免疫荧光染色强度较之平面基底相应值明显增高或趋于增高。在激动剂作用下,TRPV1介导的钙内流表现为快速去敏感化(25秒内)的瞬态内流,且拓扑结构基底上阳性响应细胞比例或相对荧光响应幅度较之平面基底相应值增高;而拓扑结构基底上细胞TRPV4阳性响应细胞比例和相对荧光响应幅度较之平面基底均全面明显升高。上述结果表明,TRPV介导的离子信号可能是基底拓扑结构优化HepG2细胞功能表型的重要信号机制。

基于BioMEMS微柱矩阵的细胞牵引力测量(英文)

本文综述了基于生物微机电系统(BioMEMS)微柱矩阵的细胞牵引力测量方法。细胞牵引力对于许多生物学过程非常关键,决定着许多细胞功能,包括细胞迁移、细胞外基质构建、信号传导等。细胞通过纳牛顿量级的牵引力使细胞外基质局部变形来探测其机械顺从性。精确测量细胞牵引力大小及分布对细胞生物学、组织工程等生物医学研究具有重要意义。BioMEMS的发展使高深宽比聚二甲基硅氧烷(PDMS)微柱矩阵被开发出来作为传感器用来探测细胞纳牛力学及在体外研究细胞的机械性质。细胞贴附在微柱矩阵顶端,并且在多个柱顶端间延展迁移,这个过程会造成微柱发生如垂直悬臂梁般的弯曲形变。采用这种致密、垂直、离散微柱矩阵结构替代传统测量的连续介质,通过对微柱形变的显微图像处理,细胞牵引力可以被直接定性定量测量,精度可以达到数十nN/μm量级。首先简要介绍了传统细胞牵引力测量方法,接下来着重于论述基于BioMEMS微柱矩阵的测量方法,阐述了其原理、制作工艺、表面处理及细胞实验等。最后对微柱矩阵结构的坍塌问题进行了讨论。

纳米金修饰的微柱型微流控芯片用于循环肿瘤细胞检测

设计并制作了微柱型聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片,并在通道表面组装纳米金,固定上皮细胞粘附因子(EpCAM)抗体后用于循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cell,CTC)检测。结果表明,纳米金成功组装在γ-氨丙基三乙氧基硅烷硅烷化的PDMS微柱表面,EpCAM抗体功能化的微流控芯片能有效捕获全血中的模型CTCs,当流速小于40μL/min时,捕获效率大于90%。建立一种简单廉价、捕获效率高的CTCs检测新方法,有望为全血中CTCs的分离提供新的策略。