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shRNA表达克隆

装载着生命的微液滴

Aug 12, 2008 No Comments

      油中的小水滴可以作为单个活细胞或者多细胞生物体的微型培养容器。
       活细胞的高通量检测技术为生命科学研究作出了巨大贡献,但是液体的蒸发问题成为了进一步减小微量滴定板单个样品检测所需体积的障碍。微流体技术(microfluidics technology)的出现解决了液体蒸发的问题,但是该技术又有其自身局限性,例如它很难充分分离不同的单个活细胞,从而难以在各种不同实验条件下独立研究每一个活细胞。

       最新的研究成果表明只要将微流体技术与乳液技术以合适的方式结合就能实现对独立的单个活细胞或生物体的高通量检测分析。乳液是由两种互不相融的物质所组成的混合物,例如在水-油组成的乳液中,水滴被油所包围。当把能够发生生物化学反应的物质加到乳液体系的水相中后,每一个小水滴都成为了一个微型反应容器,在一个小管中能同时进行上百万个独立微型反应。


       法国路易•巴斯德大学(Université Louis Pasteur)研究人员Andrew Griffiths多年来一直运用乳液技术进行定向进化筛选研究,但传统的乳液技术并不能满足实验的要求。Griffiths解释说:“传统乳液系统中小液滴的大小具有多分散性,这对定向进化研究实验造成了十分巨大的影响,因为这些大小不一的液滴可能会装载着具有不同表型的相同基因。”这一系统缺陷同样也会影响到其它实验的开展。不过幸运的是,已有研究证明微流体装置能够克服这一缺陷,因为该装置能够产生低分散度的微液滴。Griffiths表示:“微流体技术能将许多其他方法无法实现的实验设想付诸实践,例如我们可以在一个微流体芯片装置中高效地分离、融合或者分选微液滴。”


       Griffiths和同事Christoph Merten都渴望利用基于微液滴的微流体技术开发更高通量的活细胞检测分析方法,并用来帮助发现新型药物。因此,他们与来自哈佛大学(Harvard University)的微流体系统液滴物理专家David Weitz开展合作。


       Merten说:“我们最关心的问题是该方法能否封裹住单个细胞并保持细胞在液滴中的活性。”解决这一问题的关键取决于体系所使用的油性溶剂和表面活性剂的种类。研究人员发现一种由全氟碳组成的油性溶剂和表面活性剂能够很好的满足需要(图1)。

                                               
 
 图1 微流体装置产生包裹有单个活细胞的微液滴

       全氟碳溶剂具有以下几点优势:首先它不会导致微流体装置中所填充物质发生膨胀;其次,该溶剂溶解氧的能力是水的二十倍以上,这十分有利于细胞活力的保持;除此之外,不含氟的分子,例如待筛选药物,几乎完全不溶于全氟碳溶剂中。


       Merten计划用这套系统来筛选抑制病毒侵入细胞的药物。Merten强调:“进行任何细胞实验的一个前提是要在短至几小时、长至几天的实验期间内保证细胞的活性。”实验结果表明细胞能够在微流体装置中的隔离状态下存活几天时间。


       由于微流体装置产生的液滴体积十分微小,因此能够大大减少实验所要消耗的试剂用量。Merten指出:“一块96孔板所需要的病毒颗粒数量在微液滴系统中足够用来筛选107个样品,如果使用微量滴定板的话,我们根本无法获得这么多的病毒颗粒数以完成如此大量的筛选工作。”因此,微流体乳液系统对那些受到实验材料限制的实验而言具有不可估量的价值。


       为进一步测试该实验系统的应用范围,研究人员将一种常用的蠕虫模式生物——秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)封装到一小段微流体管中的微液滴里。结果秀丽隐杆线虫在微液滴中顺利渡过了一个完整的生命周期,这一结果证明了该微液滴技术也能够用于那些需要对后代进行检测的实验。


       科研人员利用微流体系统所进行的细胞或小型多细胞生物体高通量筛选分析工作还处于初级阶段。到目前为止,微流体系统中所有微液滴都只能含有同一种物质,但是Griffiths指出:“我们的下一步目标就是想方设法在微液滴中安放不同的待筛选药物。”


原文检索:www.nature.com


知易行难/编译


关键词:微流体技术
Key words:microfluidics technology


小词典:


微流体技术


在生物、化学、材料等科学实验中,经常需要对流体进行操作,如样品DNA的制备、PCR反应、电泳检测等操作都是在液相环境中进行。如果要将样品制备、生化反应、结果检测等步骤集到生物芯片上,则实验所用流体的量就从毫升、微升级降至纳升或皮升级,这时功能强大的微流体装置就显得必不可少了。因此随着生物芯片技术的发展,微流体技术作为生物芯片的一项关键支撑技术也得到了人们越来越多的关注。
微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术,是在微电子、微机械、生物工程和纳米技术基础上发展起来的一门全新交叉学科。


与微电子技术不同,微流体技术不强调减小器件的尺寸,它着重于构建微流体通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能。与宏观流体系统类似,微流体系统所需的器件也包括泵、阀、混合器、过滤器、分离器等。尽管与微电子器件相比,微通道的尺寸显得相当大,但实际上这个尺寸对于流体而言已是非常小。微通道中的流体流动行为与人们在日常生活中所见的宏观流体流动行为有着本质的差别,因此微泵、微阀、微混合器、微过滤器、微分离器等微型器件往往都与相应的宏观器件差别甚大。

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