基于热泡喷墨技术制备均匀细胞球的创新方法

细胞球在药物发现、生理病理学研究和组织工程等多个领域发挥重要作用。然而,传统的制造细胞球的方法限制了其应用。本文提出了一种基于热泡喷墨打印技术的系统性方法,称为聚集打印,它可以快速、高通量且低成本地产出均匀尺寸的球体。聚集打印可以在16 min内产出864个直径均匀的细胞球。本文以CHO细胞作为研究对象,仔细分析了打印后的细胞活性。同时,为了提高细胞球体尺寸的均匀性,提出3种优化方法,分别可以将细胞球体直径的变异系数(CV值)降低17.04%~48.38%不等,最后研究了打印后的细胞球培养0、1、4、7 d的生长情况。实验结果充分证明了聚集打印方法在细胞球体制造方面的优势性,本方法也为类器官的制备提供参考。

基于热发泡技术的高通量单细胞打印

传统单细胞分离技术包含流式细胞术、激光捕获法和显微操作法等。然而,流式细胞术需要大量样本,且仪器体积庞大,价格昂贵;激光捕获法和显微操作法则耗时长,并且单细胞获取效率和通量较低。将热发泡喷墨技术应用于单细胞打印。利用热发泡喷嘴驱动细胞悬液,因此无需外接注射泵,并在芯片上集成大量喷嘴,实现高通量单细胞打印。首先通过Open CV算法分割喷嘴图像,然后通过卷积神经网络(CNN)对带有单细胞的喷嘴图像进行训练和识别,最后控制喷嘴实现单细胞打印。实现了对浓度1×10^(6)cells/m L的CHO-K1+CDCHO和CHO-K1+DMEM/F12+FBS两种细胞悬液的16块96孔板单细胞打印,单个96孔板分选在5 min内完成。两种细胞悬液即时细胞活性损耗分别为9.1%和8.3%,单细胞打印率分别达到86.7%和87.3%,单细胞克隆率分别达到44.5%和36.9%。

基于微纳工艺的细胞活性传感器的研究与分析

针对细胞实验中难以对细胞活性进行有效、实时、快速检测的难点,利用微机电系统(MEMS)微纳工艺,设计并制造了一种电极宽度、间距均为微米级的叉指电极芯片,并将其封装成可用于检测细胞活性的传感器。基于细胞阻抗原理,进行了细胞活性检测实验,来验证传感器的功能。实验结果表明:细胞活性与传感器检测到的细胞阻抗值呈正比,细胞活性越高,阻抗值越大。与传统检测细胞活性的方法相比,该传感器具有实时检测细胞生长和快速死亡过程的功能,且具有操作简单、无标签、非入侵等优点。

产品点胶工艺优化及质量控制

点胶工艺是集成电路产品封装生产过程中的关键工序,点胶质量的好坏影响封装产品的质量。基于此,该文通过优化点胶平台和点胶阀来改善点胶质量。点胶平台是产品的有效工作区域,它的结构对产品生产有较大影响,该文通过平台治具的改进有效提升了产品的良率;另外,该文通过对一款非接触式点胶阀的评估,优化其各项关键参数,收集产品生产数据,显示点胶误差均控制在较小范围内,且有效改善了胶水点的均匀性和一致性,可以大幅提高产品的生产质量。

微流控器官芯片的构建及其在模拟软骨下骨骨重塑中的应用

目的构建微流控器官芯片,并评估其在模拟骨关节炎进程中软骨下骨骨重塑的能力。方法基于微流控技术和细胞共培养技术设计芯片主体,MC3T3-E1细胞贴壁培养在细胞接种小室的内部,在细胞接种小室的底部以0.5 ml/min的流速灌流培养基。评价指标:(1)微流控器官芯片的评价:灌流生长培养基,采用模拟仿真实验测试不同时间点细胞接种小室内部和底部液体的浓度差和平衡时间;活死染色观察细胞在设定流速下连续培养3、7 d的生物相容性,分为3 d组和7 d组。(2)微流控器官芯片的促成骨作用:灌流成骨诱导培养基,通过碱性磷酸酶(ALP)染色和PCR比较细胞在静态和灌流条件下3、7 d的黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因成骨特异性转录因子2(RUNX2)、Ⅰ型胶原(COL1A1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、骨钙素(OCN)的表达情况,分为静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组。(3)三种成骨细胞亚型外泌体(EVs)的形态和大小表征及生物相容性:获取三种不同细胞亚型[内皮型成骨细胞(EnOB)-EVs、基质型成骨细胞(StOB)-EVs和矿化型成骨细胞(MinOB)-EVs],通过透射电镜和粒径分析获取形态和大小;灌流含有三种不同细胞亚型EVs的生长培养基,通过细胞增殖/凋亡检测实验比较添加不同EVs浓度(1、1.25、2.5、5μg/ml)24 h的生物相容性,分为EnOB-EVs组、StOB-EVs组、MinOB-EVs组。(4)三种成骨细胞亚型EVs的促成骨作用:灌流含有三种不同细胞亚型EVs的成骨诱导培养基3 d,通过ALP染色和PCR比较黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN的表达情况,分为无EVs组、EnOB-EVs组、StOB-EVs组和MinOB-EVs组。结果(1)微流控器官芯片的评价:模拟仿真结果显示,在持续灌流12 h后,上室最上层浓度达到下室浓度的95%以上,最下层为下室浓度的96.5%左右,上下室的浓度差达到平衡状态。活死染色结果表明,芯片在0.5 ml/min的流速下,生物相容性好,灌流3、7 d细胞存活率分别为(99.48±0.12)%、(97.07±1.05)%(P<0.01)。(2)ALP染色结果显示,3 d时灌流诱导组黑色ALP阳性细胞最多,静态诱导组其次,静态未诱导组最少;7 d时静态诱导组黑色ALP阳性细胞最多,灌流诱导组其次,静态未诱导组最少。PCR结果显示,3 d时静态未诱导组RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.03、1.00±0.12、1.00±0.01、1.00±0.02,静态诱导组分别为1.80±0.04、4.05±0.37、9.80±1.94、4.38±0.89,灌流诱导组分别为2.45±0.23、5.48±0.42、91.50±4.56、10.82±4.96(P<0.01)。7 d时静态未诱导组RUNX2表达水平为1.00±0.01,静态诱导组为1.46±0.46,灌流诱导组为1.11±0.08(P>0.05);静态未诱导组COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.03、1.00±0.13、1.00±0.09,静态诱导组分别为9.38±0.25、14.27±4.35、84.01±4.02,灌流诱导组分别为2.39±0.08、133.64±8.87、86.64±8.36(P<0.01)。3、7 d时静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组相互比较,均为灌流诱导组的促成骨能力最强。(3)三种成骨细胞亚型EVs的形态和大小表征及生物相容性:透射电镜下EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs均为典型的茶托状形态。粒径分析结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的大小分别为(91.3±14.7)nm、(106.0±16.0)nm、(68.1±10.7)nm。细胞增殖/凋亡检测结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的最佳给药浓度均为1.25μg/ml。(4)微流控器官芯片对于三种EVs促成骨功能验证:ALP染色结果显示,无EVs组黑色ALP阳性细胞最少,添加EnOB-EVs组其次,StOB-EVs组再者,MinOB-EVs组最多。PCR结果显示,无EVs组RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.01、1.00±0.03、1.00±0.02、1.00±0.02,EnOB-EVs组分别为1.95±0.11、6.78±2.04、7.99±0.57、6.93±3.83,StOB-EVs组分别为0.79±0.12、5.68±1.53、12.59±3.15、25.59±0.95,MinOB-EVs组分别为0.68±0.10、4.36±0.69、18.75±3.21、34.74±3.98(P<0.01)。无EVs组、EnOB-EVs组、StOB-EVs组和MinOB-EVs组相互比较,MinOB-EVs组促成骨效果最明显。结论基于微流控技术和细胞共培养技术所构建的微流控器官芯片能够维持MC3T3-E1细胞的正常生长、促进MC3T3-E1细胞的增殖和成骨诱导分化能力。不同时期的成骨细胞所释放的EVs具有促成骨作用,加速骨关节炎进程中软骨下骨骨重塑中骨硬化的现象。