Burcu Gumuscu – Lab on a Chip Blog

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Through a cheaper ‘book of life'

2019年5月22日

绘制人类基因组计划是世界上最大的科学合作之一。Completing the full genome sequencing for "the book of life“在1000名科学家的努力和30亿美元的预算下，花了10多年时间。这个庞大的项目完成20年后，由于更先进的测序工具，现在可以在8天内以1000美元左右的价格完成一个完整的人类基因组测序。由于基因组测序领域已被更多的应用所接受，因此今天仍有必要进一步改进基因组测序工具，包括法医学，疾病建模与识别，以及个性化药物（例如，识别导致药物在一个病人身上起作用而在另一个病人身上起作用的基因）。

最初的测序技术依赖于标准的DNA电泳技术，如平板凝胶和毛细管，allowing for the preparation of only small numbers of samples at a time.这个样品制备限制是人类基因组计划期间成本和加工时间增加的主要原因。在过去的几十年中，许多工作都致力于改进样品制备技术。作为第一步，电泳技术已经优化到boost the sample throughputwith user-friendly,更小，以及功能平台。Traditional DNA separation gels,几十年来一直是金本位，已经被微制作的柱状阵列和纳米尺度的确定性横向位移阵列所取代。

IBM T.J.的研究人员最近展示了纳米级确定性横向位移阵列的一个很好的例子。纽约西奈山沃森研究中心和伊坎医学院，美国。在这项工作中，研究人员将DNA分为100-10000个碱基对，大小选择分辨率为200个碱基对。为了实现这一目标，在硅片上制作了四种不同的微芯片结构，其中阵列和纳米柱的尺寸针对每种配置进行了调整，以获得所选范围的DNA片段的最佳分离性能。每种配置都包含几个单独的阵列，以便在一个芯片中进行独立运行。不是施加电场，研究人员用压力驱动力把碎片分开。该策略尤其适用于在不受缓冲条件影响的情况下分离非带电物种（例如，离子强度）。

分离机理在纳米尺度上，确定的侧向位移阵列很简单：如果DNA片段的大小大于支柱的直径，碎片以大角度偏向收集墙，也称为通气模式。如果DNA片段的大小小于柱子的直径，碎片以名义上为零的角度移动，称为之字形模式。在这样一个系统中，diffusion of DNA fragments lead to intermediate migration angles,称为partial-bump mode。由于不同模式的存在，不同大小的DNA片段可以在阵列中分离，因为片段将遵循不同的轨迹。图1总结了分离机制，并给出了纳米级确定性横向位移阵列的轮廓。

在纳米尺度的确定侧向位移阵列中，间隙尺寸仅从微尺度调整到纳米尺度，如果不使用任何其他能改变DNA扩散行为的分子，离子强度（改变有效间隙距离）。在这样的环境下，研究人员发现，for the first time，不同碎片长度的流速相关性。主要是，在不同的DNA片段的给定大小范围内，改变流速会导致凹凸模式和之字形模式之间的转换：缓慢的速度会导致部分凹凸模式，而高速则会导致所有DNA片段的折叠成之字形。The nanometer-scale deterministic lateral displacement array could also be used as a purification tool with 75% recovery and 3-fold concentration enhancement of DNA fragments.该工具可以有效地用于准备下一代序列库，芯片内DNA鉴定，以及循环DNA表征应用。

图1.不同流速下的纳米尺度确定性横向位移阵列和DNA分离机制。

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Gel-on-a-chip: continuous,基于纳米尺度横向位移的速度依赖性DNA分离

本杰明H。乌恩施，金成哲，Stacey M.吉福德，雅恩·阿斯蒂尔，王超，罗伯特L。布鲁斯Jyotica V.帕特尔伊丽莎白A。Duch,西蒙·道斯，Gustavo Stolovitzky和Joshua T.史密斯，实验室芯片，2018,芯片上的实验室文章

DOI:10.1039/C8LC01053F

关于网络作家

布尔库古木苏is a researcher in Mesoscale Chemical Systems Group at the University of Twente in the Netherlands.她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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改善天然气提取工艺的微流体

23 Apr 2019

图1.页岩天然气开采。

Shaleis a type of fine-grained rock that contains silt,粘土，mineral particles,and pores ranging from meter to nanometer scales.页岩中有机质含量高，用于天然气开采。对页岩储层进行机械刺激，在孔隙中形成渗透性。首选的增产方法是水力压裂。其中，加压流体破裂页岩岩，并使裂缝保持开放状态以进行气体开采（图1）。与现有能源相比，页岩气开采是一个相对较新的过程。由于它是其他消耗性能源的环境友好替代品，它吸引了美国和亚洲越来越多的兴趣，尤其是在21世纪后。另一方面，the gas industry currently struggles with optimizing the use of pore space and fractions for efficient extraction of the gas.在一个新开的页岩储层中，挥发性成分首先从米级蒸发到微米级孔隙，使较重的成分难以进入纳米级的孔隙。剩余组分的提取是储层充分利用的必要条件，但对工业来说是一个难以解决的问题。

最近发表在芯片实验室，大卫·辛顿和合著者review the current state of the technology and demonstrate a nano-scale physical model of shale with pores.作者还通过光学成像和建立气体蒸发的分析模型，研究了纳米孔中气体生成的动力学。They first created a microchip model matching shale nanoporous matrix properties (e.g.,dominant pore sizes and permeability) (Figure 2).微芯片模型包含大约5800个通过23000个喉道连接的孔，注入碳氢化合物混合物的地方。在模型中，小孔隙的数量（≤10 nm）设计大于大孔隙的数量（~100 nm），以储存大部分可获取的碳氢化合物。This pore size distribution captures the influence of nanoscale throats connecting the larger pores and is relevant to shale production.High,中等，and low过热was applied to the filled microchip to investigate the spatiotemporal dynamics of vaporization via optical imaging.分析模型和实验结果表明，孔隙中的相变（液相到汽相）在很大程度上与相邻孔隙中的相变无关。

这项工作支持这样一种假设，即生产率的快速下降是由于从大的连接特征向纳米多孔基质的转变，随着时间的推移，最小的毛孔中含有较重的部分。作者发现，由于纳米尺度的高温喉道瓶颈，蒸发速度减慢了3000倍。而在低温下，随着轻质组分在大孔中的蒸发，速率进一步降低。即使是直径小于等于10纳米的孔，也能通过严重的选通传输，显著影响较大孔的生产。作者发现这个问题可以通过施加非常低的压力来解决。尽管目前该领域还不可用，水力压裂后期。这一发现似乎为页岩岩石能源加工领域开辟了一条新的道路。

图2.页岩的近景，关于蒸发过程的描述，以及对微芯片操作的描述。

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页岩纳米喉道连通模型中的天然气蒸发：多尺度，多组分多相

阿纳夫·贾图卡兰，钟俊杰，阿里·阿贝迪尼，阿泰娜·谢巴蒂安，赵一诺，金哲辉，Farshid Mostowfi和David Sinton

实验室芯片，2018,芯片上的实验室文章

DOI:10.1039/C8LC01053F

*Article free to read until 7th May 2019

关于网络作家

布尔库古木苏是荷兰特文特大学中尺度化学系统组的研究员。她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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Microtas 2018亮点

2019年1月15日

第二十二届化学与生命科学小型化系统国际会议（又称Microtas）于去年在高雄举行。新利手机客户端新利手机客户端Taiwan.欢迎超过1000名参加者，Microtas 2018大会汇集了包括微流体学在内的多个学科，微加工，纳米技术，integration,材料和表面，分析与合成，以及生命科学和化学检测技术。新利手机客户端新利手机客户端除了令人兴奋的科学计划和精彩的演讲外，社交/网络活动（欢迎接待，学生混音器，女人在外面过夜，以及会议宴会）使Microtas 2018会议成为一个难忘的会议。In this article,我们想与我们的芯片博客上的实验室readers.

Unraveling endothelial cell phenotypic regulation by spatial hemodynamic flows with microfluidics

萨维斯·瓦尔玛，吉勒莫·加西亚·卡迪纳，&乔尔·沃尔德曼

你知道那条动脉吗分叉很容易atherosclerosis？Blood flow profiles in vessels can help us to gain insights towards atherosclerosis.在这项工作中，作者研制了一种软性微装置，研究了螺旋流和混沌流对血管壁内皮细胞的影响。他们假设并证明，螺旋状（均匀）流动剖面导致内皮细胞向上游与流动对齐，并获得无神论保护特性。while the chaotic flow results in misalignment of cells that give rise to atherosclerosis.

图中显示了细胞对不同空间流动的形态适应。比例尺为0.1 mm。

微流态玻璃反应器的三维打印

帕特里克·里希，弗雷德里克·科茨，多萝西娅·赫尔默和巴斯蒂安·拉普

微流体装置主要由二甲基硅氧烷，虽然这种材料并不总是很适合热的，光学的，机械和化学变化。在这项工作中，作者提出了一种新的树脂配方来激发玻璃3D打印，which is more durable than PDMS.The resin was fabricated using立体光刻这项技术对rapid prototyping用于光学检测或化学反应应用的由玻璃制成的微流体装置。

A 3D gradient generator is shown in this figure,scale bar is 2 mm.

模拟多器官相互作用的俄罗斯方块式模块化微流体平台

路易斯·翁君业，特里·陈，崇乐怀，李欢、东易钦

模块化无疑是微流体的兴起，这项工作证明了一种有趣的方法。作者专注于解决与现有设备的兼容性有限‘ problem.为了实现这一目标，使用环形磁铁连接PDMS构建基块that were previously fabricated using micro molds.利用这种方法组装的模块化平台被展示给培养细胞作为概念研究的证据。该平台可以方便地配置涉及多个组织的复杂实验装置。

The image shows a modular device (left),and its parts (right) connected each other via magnets,scale bars are 1 cm.

用于液滴操纵的磁开关超疏水表面

朝阳、李刚

Surface hydrophobicity是生物和化学应用的一个重要特征。在这项工作中，磁开关微柱由PDMS和羰基铁颗粒制成。这些柱子在磁场的影响下竖立起来，resulting in润湿性的后续转换以及防水剂与水粘合状态之间的表面粘合。The surface becomes superhydrophobic (water-repellent) when the magnetic field is applied.作者用这种方法演示了液滴在表面的提升和运输。

图像描述了外部磁场对微柱刚度的影响。

关于Web编写器

布尔库古木苏是美国加州大学伯克利分校赫尔实验室的博士后研究员。她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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Simple microfluidic cell sorter device to replace manual tissue dissociation protocols

2018年11月9日

即使是一小群细胞也有能力在组织中植入肿瘤。当涉及到治疗策略的选择时，确定细胞多样性和识别这些小细胞群变得非常重要。从患者身上采集的组织样本需要分离成单细胞悬浮液，因此，可以使用一套强大的技术（包括流式细胞术，大量细胞计数法，和单细胞RNA测序。然而，将组织分解成单细胞悬浮液并非易事。传统的方法是用刀片将组织样本切成小块，然后在蛋白水解酶的作用下，通过剧烈震动进行机械分解。通过过滤器过滤悬浮液，可以去除大的集料。This technique significantly increases the sample loss,降低了流程的速度，不适合立即进行下游分析。

在这个月的芯片实验室热门文章系列，由加州大学欧文分校的杰瑞德·豪恩博士领导的一组研究人员提出了一种新颖而简单的方法，可以提高使用微流体从组织样本中获得的单细胞悬浮液的质量。杰里米·隆巴多，本文的合著者，说明了这一点。”这项工作的目标是用微流体装置完全取代手工强化组织分离方案。“开发的工具是一个由两个尼龙膜组成的微型装置，一个25-50μm筛孔，另一种具有10-15μm筛孔，附在微米大小的孔和微通道上。该装置由激光微加工硬塑料（PET，又名。聚对苯二甲酸乙二醇酯）当与二甲基硅氧烷（一种硅基有机材料）。也，芯片有多层，用于连接不同层次的尼龙网膜（图1）。

图1.Microfluidic cell sorter device for tissue samples.草图显示了内层，consisting of two membranes for operating the device in direct or tangential filtration modes.膜网目大小可根据细胞大小进行调整。右边的显微照片显示了本研究中使用的几种孔径的晶格网络。孔径为（从上到下）50，25,15,直径10微米。

电池分选装置的工作原理

该装置的入口连接到微孔膜以引入组织样本。The Sample passing through the membrane exits through the effluent outlet.也可以将一部分样品沿着连接到横流出口的膜表面引导。The device is either operated in a direct filtration regime to maximize sample recovery and processing speed,或者在切向过滤系统中清除较大的组织碎片和细胞聚集物，以防止堵塞。

虽然研究人员最初假设在压力驱动的流动下，cell and tissue aggregates might disaggregate as they pass through the membranes of the device,他们惊喜地发现，在这些设备的初始测试中，单细胞数量急剧增加，Jeremy Lombardo说并补充道在开发和测试该装置的过程中，最困难的部分是找到一种膜孔大小的组合，它可以在不影响细胞活力的情况下，最好地分离细胞聚集物和组织。在我们确定最终的50和15μm孔径之前，最终用细胞系和小鼠组织模型对各种孔径和组合进行了彻底的测试。”

优势，挑战与未来

作者总结了该平台的优点芯片实验室博客读者：“这种装置操作极其简单，制造成本也很低。它可以作为一个独立的装置很容易地被纳入许多组织分离应用中，以提高单细胞产量，但也可以很容易地与其他下游微流体操作（细胞分类，detection etc.).“据作者说，“in the current format of cell sorter device,cells that are very large in size would likely be difficult to process,as they would likely span multiple pores of the filters and be traditionally filtered away instead of dissociated."Although seeming like a challenge,通过调整滤膜孔径以适应这些较大的细胞类型，可以很容易地解决这一问题。

对于设备的未来，作者指出，“我们目前还致力于将该设备与上游设备集成，我们之前开发的大型组织分离装置，用于创建完全自动化的微流体组织分离平台。“

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带有尼龙网膜的微流体过滤装置能有效地分离细胞聚集物并将组织消化成单细胞。
Xiaolong Qiu,杰里米A。伦巴多，特里莎M.韦斯特霍夫，玛丽莎·佩内尔，安妮塔·宁，哈马德·阿尔什泰维，布莱恩M。卢娜，爱德华L。纳尔逊，Kai Kessenbrock,埃利奥特E.回族和杰瑞德B。豪恩
实验室芯片，2018,芯片实验室近期热门文章
DOI:10.1039/C8LC00507A

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布尔库古木苏is a postdoctoral fellow in赫尔实验室在美国加州大学伯克利分校。她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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How soil-worms allow for realistic human physiology studies

18 Sep 2018

老鼠，果蝇，zebra fish easily come to mind when thinking ofanimal models对于人类生理学研究来说——但是有一种动物常常被遗忘，although it is as functional as the others.你已经猜到了吗？我们说的是土生土长的蠕虫，阿卡 C.elegans！这些动物将单细胞系统的简单性与动物模型的复杂性结合起来，因此，它们可以为人类疾病提供重要的见解。请花点时间看一下下面的笔记，总结一下C.elegans。

肌肉力量是人体生理学研究的一个很好的例子，它依赖于钙肌肉收缩，肌节组成和组织，以及actin and myosin分子。对这些参数的分析可以揭示肌肉营养不良的形成。a muscle degenerative disorder.然而，由于对随机动物行为的依赖，这些参数的测量一直是一个挑战，产生了不可重复的结果。最近，researchers from Texas Tech University collaborated with Rutgers University and University of Nottingham to study muscular strength inC.elegans.他们取得了结果与动物行为和步态无关在一个由弹性微孔林组成的微型系统中（图1a和1b）。

微流体系统由二甲基硅氧烷，并包含可弯曲的微柱悬挂在微通道天花板上。支柱在身体肌肉的作用下弯曲，当C.elegans爬过柱子阵列。单个支柱弯曲事件可以使用显微镜摄像系统和图像分析进行量化（图1c）。支柱密度设计用于高机械阻力为了运动，therefore maximum exertable force can be measured independent of animal behavior.在这里，最大可行力对应于标准化的人股四头肌施加的峰值力。膝关节伸展阻力试验。

图1.（a）带支柱森林和端口的微流体装置的图像。(b) Schematic demonstration of the C.线虫测力仪。插图显示了这些柱子的扫描电子显微镜照片。（c）虫体与柱子相互作用的示意图。由于身体肌肉的作用，支柱弯曲（以红色和绿色显示）。拉赫曼的照片等。

这项研究的作者解释说，动物在高阻力区域产生强大的力量，并根据相对于柱子间隙的身体尺寸展示不同的运动方式。除了体型大小，身体结构和行为特征可能是力的大小施加在柱子上。由于所施加力的参数来源的概率性质，一个可重复的算法可以定义量化肌肉力量。使用这个策略，研究人员发现for the first timethat locomotion between microfluidic pillars comprises of three regimes: non-resistive (worm contacts with 1-2 pillars and doesn't adjust body posture),中等阻力（蠕虫接触2根以上的柱子，最小限度地调整身体姿势）和高阻力（蠕虫接触多个支柱和身体姿势调整被禁用）。操作时高阻区，微流体系统抑制动物行为。This system allows for (1) discriminating between the muscle strength or weakness levels of individual worms of different ages,(2) determining body length decrease and muscular contraction levels led by levamisole treatment,（3）野生和突变体的肌力比较C.elegans类型。据研究人员称，the future studies can help us to obtain deeper understanding in molecular and cellular circuits of neuromuscular function as well as dissection of degenerative processes in disuse,老化，还有疾病。

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NemaFlex: a microfluidics-based technology for standardized measurement of muscular strength of C.elegans
米扎努拉赫曼，詹妮弗E。休伊特，弗兰克·范·布塞尔，亨特·爱德华兹，Jerzy Blawzdziewicz,纳撒尼尔J。Szewczyk先生，莫妮卡·德里斯科尔德，和湿婆。瓦纳帕利
实验室芯片，2018,芯片实验室近期热门文章
DOI:10.1039/C8LC00103K

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布尔库古木苏is a postdoctoral fellow in赫尔实验室在美国加州大学伯克利分校。她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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我们对癌症的了解

2018年7月23日

癌症比我们想象的要复杂得多：除了癌细胞，supportive tissue cells,脂肪，甚至在肿瘤中也能发现免疫细胞。Combined crosstalk in between these cell groups influences the way the tumor develops or responses to drug treatment.另一方面，我们对肿瘤的了解主要是通过研究细胞群获得的。最近在提高我们对癌症的理解方面取得的进展表明，由于整体平均测量，我们长期以来一直缺少随机的相互作用和罕见的事件。我们可以揭示这些细胞群是如何协同工作的，以及这些罕见的事件是如何改变肿瘤的命运的。单细胞分析技术。

单细胞可以通过外源性和内源性标记来识别。外在标记对细胞的遗传和蛋白质组学状态具有决定性。流式细胞术和质谱法一直是外在标记分析的主力军，遗传或蛋白质组学材料通常被荧光标记用于检测。有了这些技术，多重分析成千上万的细胞可以同时使用。内在标记包括尺寸，形状，密度，光学的，机械的，以及不需要贴标签的电气性能。Microfluidic techniques provide with a plethora of different functionalities to sort the cells based on intrinsic markers.外部和内在数据的结合促进了我们对肿瘤发展和药物反应中细胞间差异如何反映细胞异质性的理解。虽然有许多强有力的方法可以用来确定外源性标记物，很少有技术能够收集到关于不同内在标记面板的信息。

最近的研究Biological Microtechnology and BioMEMS group在麻省理工学院代表了一个重要的微流体方法的发展多参数内在细胞测量工具。The approach includes several different microfluidic modules combined with microscope imaging and image processing by machine learning.测量电池尺寸的单独模块，变形能力，极化可以在工具内组合和组织（图1）。（i）尺寸模块通过光学方式检测流经系统的电池尺寸。细胞大小模块是分离不同细胞类型所必需的，这些细胞类型可以提供有关疾病状态的重要线索。（ii）在变形性模块中，cells pass through narrow channels,它们的通过时间决定了变形能力。细胞变形性提示了与癌症进展相关的细胞骨架和核变化。(iii) In the polarization module,固定频率的介电发声力被施加在由相反的水动力驱动的电池上。根据极化率的不同，电池接近具有不同平衡位置的共面电极。细胞极化率可以区分生物学表型的细微变化。作为概念工作的证明，首次使用五种不同的内在标记物检测到药物诱导的细胞结构变化。包括尺寸，变形能力，三个频率的极化率。作者指出，这种强大的工具可以进一步配备视觉读出功能，such as deterministic lateral displacement array,惯性微流体，声音传递，光学技术。

图1.Multiparameter intrinsic cytometry combines different microfluidic modules on one substrate along with cell tracking to correlate per-cell information across modules for different intrinsic properties including size,极化率，以及变形性。

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单细胞特性的多参数细胞跟踪固有细胞术
根尖病，a.贾菲J.沃尔德曼
实验室芯片，2018,Lab on a Chip Recent Hot Articles
DOI:10.1039/C8LC00240A

*文章免费阅读至2018年8月31日

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布尔库古木苏is a postdoctoral fellow in赫尔实验室在美国加州大学伯克利分校。她的研究兴趣包括开发用于单细胞蛋白质定量分析的微流体装置，下一代测序、分块的芯片上器官研究，and desalination of water on the microscale.

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微粒子：好东西装在小包装里。

2018年6月11日

微粒子最初是在1967年由彼得·沃尔夫描述的，医生，AS微粒材料当他研究人类血浆中的血小板活性时。它们最初被用作药物递送剂，因为它们的大小和花粉，很容易进入人体。在实现了微粒的巨大前景后不久，今天我们在许多应用中使用微粒，包括药物，生物医学，生物工程，化妆品，printing,以及食品科学。新利手机客户端广泛使用并不是巧合，它们可以由多种材料合成，即metal,聚合物，凝胶等。尤其是，polymer microparticles,在尺寸上具有很大的通用性，形状，化学方面新利手机客户端，在工业上得到了更多的关注。就像他们的使用区域一样，微粒制备技术差异很大。聚合物微粒的生产通常有两种方式：第一批微流体辅助技术，包括基于液滴的制造，基于流式光刻技术的制造，微型喷射；第二种其他技术包括离心，电动流体力学，和造型。专注于微流体辅助技术，我们带来了一些值得注意和商业化的研究high throughput production球形和不规则形状的微粒，请注意。

球形微粒

当使用同轴微流控器件时，粒子的单分散性必须受到影响，才能产生高血栓。这两个特点在医疗应用和工业中都是非常需要的。幸运的是，作为一个droplet-based fabrication技术，微粒的高通量步进乳化解决这个基本问题。大卫·韦茨的哈佛大学的研究小组最近报告了一种带有135个步进乳化剂喷嘴的水滴发生器微芯片，该微芯片能以10000 ml/h的超常吞吐量生产聚合物的单分散乳液（图1a）。^一这意味着，用该装置生产的单分散微粒是高出数千倍比一个典型的液滴发生器微芯片和一个液滴制造机和10毫升/小时的吞吐量。芯片是made of PDMS，这是一种柔韧又便宜的材料。高流速下的单分散性使用通过平行喷嘴阵列连接的微通道保持（图1b）。在每个喷嘴和连续相通道之间的台阶处形成微粒。形成可以用拉普拉斯压力喷嘴和对称聚合物灯泡之间的差异发展，导致分散相吸进灯泡。由于分散相的耗尽，生长的聚合物球会增加压力梯度，并在喷嘴和球之间形成一个颈部。导致液滴释放。这种几何结构可以产生球形微粒。The production efficiency scales linearly with droplet diameter (Figure 1c).韦茨演示了在水中生产油微胶囊的设想，通过将乳化剂转化为移液管尖端，使工艺标准化。这种技术可以取代现有的移液器技术工具，包括多井和机器人。该方法可用于封装化学分析和生物分析的并行化和自动化。这项技术最近由瑞士一家名为Microcaps的初创公司引入市场。

作为另一个概念，in-air microfluidicsis based on the idea of producing droplets at higher flow rates without using microfluidic channels.In the research groups ofDetlef Lohse和马塞尔·卡佩里恩at University of Twente,使用两个喷嘴生成微粒，其中一个喷嘴安装在振动压电元件上（图1d）。从第一喷嘴喷出的液体射流的破裂导致单分散液滴的形成，它撞击到从第二个喷嘴喷射出来的连续液体射流上。通过“会议点”后，两种液体相互作用形成物理包裹的微粒。此技术提供hundreds to thousands times faster microparticle production与同轴微芯片相比。这样的结构在组织工程，快速制造具有多种电池类型的多尺度材料是一个持续的挑战。这项技术最近被一家名为iamfluidics的荷兰初创公司引入市场。

图1.生产单分散液滴的小型步进乳化装置。(a) A schematic of the entire microfluidic chip actively producing oil-in-water droplets.（b）乳化过程。（c）根据液滴直径绘制的每个喷嘴的最大生产率，比例尺为400微米。图像由Stolovicki等人修改。(see the references below).（d）芯片微流体与空气微流体的比较。

Irregular-shaped microparticles

另一个微流体辅助制造概念是stop-flow lithography，introduced by Patrick Doyle's research group at Massachusetts Institute of Technology.^二在这个概念中，当两个（或更多）单体流并排流过由PFPE涂层制成的微通道时二甲基硅氧烷，流通过光罩暴露在间歇的紫外线照射下，有选择地阻挡光线。由于紫外线引发的化学反应，液体凝固，形成单个微粒（图2a）。聚合后，gel particles do not stick to the聚偏氟乙烯微通道壁，允许通过氧气润滑层产生自由漂浮颗粒。当紫外线通过光罩投射到水流上时，each particle takes on the shape of the mask,使微粒可定制（图2b）。由多个单体组成的微粒can be fabricated by combining multiple monomer streams.单步生产有利于降低生产成本，然而，粒子形状受光掩模和微通道几何结构的限制——不允许生成球形粒子。对于概念验证演示，上转换纳米晶体合成了负载微粒，并发射出均匀可见光谱。该技术可以在不损失均匀发射特性的情况下合成条纹微粒。微粒也用多点图案编码。（图2c）each specific to a target molecule (such as DNA) reacting with the other ingredients in the particle.这种反应导致微粒中形成荧光颜色，所以反应可以用显微镜进行追踪。该技术已由萤火虫生物工厂（ABCAM于2015年收购）引入市场。以及Motif Micro（2018年被YPB Systems收购）的初创公司。

图2.Stop Flow Lithography concept.（a）同轴微芯片的示意图。（b）亮场和荧光图像显示三角形颗粒（c）在微芯片中的三相层流上对齐一个带有条形码颗粒形状阵列的掩模。亮场和荧光图像显示了带有三个不同隔间的条形码粒子，区域编码为“2013”。图像由Bong等人修改。(see the references below).

下载完整文章click the links below:

^一无剪切高效喷嘴间隙提高平行台阶乳化装置的吞吐能力
埃拉德·斯托洛维奇，罗伊·齐布拉特，大卫A。韦茨
Lab Chip,2018。
doi:10.1039/c7lc01037k

^二全氟聚醚（PFPE）微流体通道中的停止流光刻
WBongJLee,and P.S.多伊尔
Lab Chip,2014。
doi:10.1039/c4lc00877d

关于网络作家

布尔库古木苏is a postdoctoral fellow in赫尔实验室在美国加州大学伯克利分校。她的研究兴趣包括开发用于单细胞分析的微流体装置，下一代测序，芯片研究的分区器官，and desalination of water on the microscale.

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为什么我们要用光电流体来监测海洋环境？

2018年1月17日

磷存在于天然水体中，对水生生态系统的组成和结构有重要影响。它是浮游生物和藻类的重要营养物质，养鱼和其他海洋生物。然而，人类活动可能导致磷过量，哪一个，反过来，原因有害藻类在自然水域开花。盛开的花朵creates a hostile environment通过消耗海洋中的可利用氧而获得其他形式的海洋生物，and producing toxins.鱼类等海洋生物从水华中游走，但是那些不会游泳的，such as shellfish,不幸的是死了。我们确实关心这种情况，因为它会对自然生活和经济产生负面影响。只有一种方法可以解释不断变化的磷水平对生物泵强度的影响：实时监测海洋环境中的磷水平！

图1.Fabry-P_rot微腔的设计，由两个平行反射镜（反射镜）组成，反射镜是在光纤表面涂上一层金。反射镜多次反射光线以增强信号。改编自朱等，2017。

Conventional vs.光流体监测仪器

常规磷酸盐监测仪器主要用于现场采样。然后将新鲜样品送至实验室，以测定磷酸盐水平。实验室在20分钟内完成一轮分析，通常使用分光光度测量工具。Given the conditions,实时监测磷酸盐很容易变得困难，耗时，而且价格昂贵。为了应对这一挑战，中国科学院的研究人员，新利手机客户端武汉大学，and The First Institute of Oceanography in China collaborated to develop a portable optofluidic phosphate monitoring tool.然而，原型化的光流体海洋磷酸盐检测工具并不简单，因为absorption cell-测量单元的一个组件核心太大了，无法安装在微型芯片中。而不是使用笨重的吸收电池，研究人员考虑整合Fabry-Pérot cavity在微系统中。Fabry-P_rot腔由两条平行的光纤组成，光纤之间有间隔。每根光纤的横截面表面涂上一层薄薄的金，以形成反射面（图1），以增强磷酸盐的吸收。缩短反射镜之间的间距可将分析时间从几分钟缩短到几秒。

它是如何工作的？

在微芯片中，filtered water sample and a chromogenic reagent are injected into a curved microchannel.在发色反应之后，水溶性成分被输送到光学部分（图2）。探针光通过其中一根纤维进入Fabry-P_rot腔，多次在反射镜之间反弹以增加光学反馈，然后由检测器进行分析。获得的吸光度值，因此，随磷酸盐浓度的增加呈线性增加。在这个微系统中，磷酸盐检测范围为0.1-100μmol/L（比常规仪器的范围大400倍），检测时间为4秒（比常规仪器的检测时间短300倍）。The authors of the paper think that this technology can be applied to detect other nutrient levels as well as pH changes in marine environment.

图2.一种由两部分组成的光电流微芯片的原理图：微通道中形成微反应器的微流控电路，以及光学部分，为增强吸收分析提供光学反馈。改编自朱等，2017。

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Optofluidic marine phosphate detection with enhanced absorption using a Fabry–Pérot resonator

M.朱是的。施X。Q。朱是的。Yang,F.H.江C.J太阳WH.Zhaoc,X.T汉纳

实验室芯片，2017，Lab on a Chip Recent Hot Articles

DOI:10.1039/C7LC01016H

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*至2018年2月16日

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发现癌症：十亿分之一的细胞

2017年12月5日

The human body consists of tens of trillions cells,all of which theoretically should have the same genome.取决于遗传和环境因素，其中一些细胞经历了点突变。尽管大多数突变都是由DNA修复酶清除的，about 0.01% of them stay.A low percentage of the persistent mutations turn out to be ‘cancer' while others stay recessive.几个基因，包括负责细胞生长周期的细胞，cause the persistent mutations.不受控制的细胞生长导致肿瘤的形成，which is now prone to experience more mutations due to continuous proliferation.These mutations create heterogeneity among the cell population of a tumor,最后，一些细胞离开了原来的肿瘤，在身体的另一个器官中开始了一个新的肿瘤。当一个细胞离开它的母体肿瘤时，它开始在血管中循环，然后才定居下来。这些细胞叫做循环肿瘤细胞（CTC）以及周围1-10反恐委员会可在1毫升血液中找到（其中含有约10亿红细胞，100万白细胞）捕获超罕见的CTC在早期癌症诊断中有着巨大的意义。Often times,分析至少10毫升的血液是必要的，以捕获足够的CTC，以确认他们的存在。现有技术可以在大约10小时内实现CTC捕获，导致目标细胞丢失和检测生物标志物衰退。

微流体装置以精确分类微尺度材料而闻名。Parallelizing microscale sorting in microfluidic devices enables high-throughput sample processing.根据这一原则，大卫伊萨多尔，Jina Ko,宾夕法尼亚大学的研究员们创造了捕鱼，循环肿瘤细胞荧光原位杂交快速检测CTC平台。大卫·伊萨多尔欣然接受了这个令人兴奋的芯片实验室设备的讨论。据大卫说，“捕获鱼的主要优势在于它保持了微流态细胞分类和RNA鱼的敏感性和特异性，但通过巧妙的工程设计，这些通常非常缓慢的基于实验室的操作可以在芯片上快速自动地执行。”

图1.渔获平台概述。全血样本按节拍步骤处理，where magnetic nano particle based cell separation is followed by single-cell RNA analysis (modified from Ko et al.,2017）。

使用渔获物处理全血样本涉及三步（图1）。第一，白细胞用磁性纳米粒子标记。第二个，whole blood is passed through a magnetic micropore filter to selectively trap magnetically labelled cells.“我们的磁性微孔装置能够快速精确地去除我们所知道的所有非CTC细胞”，大卫说。The operating principle of magnetic micropore filter is based on strong and highly localized microscale field gradients formed at the edge of micropores to enable application of high flow rates.第三，利用快速原位杂交策略对分离细胞进行单细胞RNA分析，以便在分离细胞群中鉴定出CTC。这样的话，无论其物理和分子性质如何，靶向CTC都可以从其他细胞群中分离出来。Analysis of a 10 mL blood sample takes less than an hour.

作为一个关键新颖性，研究人员坚持认为高吞吐量处理，同时具有高灵敏度通过将FISH技术（20-50荧光标记的寡核苷酸探针与靶RNA杂交，以及随后基于荧光信号的检测，以提高微流控芯片中的信噪比）。CaTCh FISH has also been胰腺癌患者试验并在真正的病人样本中检测出CTC。

“渔获技术可以很容易地被修改来测量其他稀有细胞，例如，对于其他癌症的诊断或干细胞研究，by modifying the RNA FISH probes",大卫说。他考虑将平台转换为高精度的基于医院的诊断工具，并为此与湾区的一家公司合作。这种捕鱼装置将对癌症的诊断方式产生很大的影响。

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一种用于快速（<1小时）无偏循环肿瘤细胞分离和原位RNA分析的磁性微孔芯片

Jina Ko,内哈·巴格瓦特，斯蒂芬妮S.Yee泰勒·布莱克，科琳·雷德林格，珍娜·罗密欧，马克·奥哈拉，Arjun Raj,艾丽卡L.木匠，本·Z斯坦格和大卫伊萨多尔

实验室芯片，2017，纸类

DOI:10.1039/C7LC00703E

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*至2018年1月5日

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“动脉”天顶

2017年9月27日

割手指时，thrombocytes and fibrin in the blood make up the blood-clotting mechanism,又名。 止血，to stop the blood loss.另一种触发这种机制的方法是使动脉受到atherosclerosis，这通常是由几个遗传或后天因素引起的。在后一种情况下，静脉或动脉内形成血栓，阻碍或阻止血液流向心脏等主要器官，最终导致心脏病发作。考虑到每年全世界有超过1400万人死于心脏病，毫无疑问，我们需要对这个问题进行更多的调查。

最近，由…领导的研究小组安德烈·范德梅尔发表了一篇研究文章芯片实验室在3D血管结构中模拟动脉血栓形成，代表着在研究不使用动物的动脉血栓形成的精确和快速方法方面向前迈出了重要一步。作者强调了使用动物模型预测人类动脉血栓形成的不便。这主要是由于人与动物生理学的根本区别，研究人员解释说。例如，rodent platelet biology,凝固动力学，小鼠动脉的剪应力在人和小鼠之间存在显著差异。

图1.健康狭窄血管的三维模型和经血管灌注后血栓形成。

本文使用微型血管结构模拟健康和狭窄血管中的三维结构。体外（图1）。它们结合在一起立体光刻三维打印计算机断层扫描血管造影数据构建血管三维打印模板二甲基硅氧烷微芯片。然后将3D打印容器涂上human umbilical vein endothelial cells形成完全覆盖表面的单层。在下一步中，人工血管以正常的动脉切变率灌注血液，使血凝块像在人体内一样形成。与二维血管模型相比，三维打印血管在临床上更为相关。since the realistic flow profiles of blood and even distribution of shear stress across the vessel are of great importance when researching arterial thrombosis.雨果·阿尔伯斯，论文的共同第一作者解释了团队尝试3D模型的原因：“其他研究小组以前在芯片上研究过血栓形成，but we wanted to incorporate flow profiles that are similar to what one would find in-vivo.So we opt for a round and thus 3D shape.由于狭义几何是这项工作的重要组成部分，we wanted to find a technique that allowed us to make almost any shape we could come up with.因此，3D打印似乎是未来的发展方向。”

在定义三维器官芯片上建模和制造的挑战时，“我们需要利用人体内皮细胞和全血复制细胞环境，以完全模拟血管系统的性质。“阿尔伯斯说。“Incorporating the shape of vasculature to recreate the flow profiles found in-vivo and recreating the shape of vasculature on a small scale was quite challenging,since the resolution of 3D-printing quickly started to be the limiting factor.此外，我们遇到了与全血工作有关的问题。我们必须弄清楚如何在不引起微流体通道外血栓形成的情况下给小通道注入血液。研究人员成功地克服了albers提到的挑战，并模拟了图1（底部）所示狭窄血管模型中血栓形成的过程。

研究人员注意到，下一步涉及与人脐静脉内皮细胞共培养动脉内皮细胞和平滑肌细胞，或转移到不同的细胞系，如分化的人诱导多能干细胞。“我认为我们还可以应用3D打印技术来创建具有不同几何形状的血栓形成芯片设备，e.g.动脉瘤或分叉几何结构",阿尔伯斯说。

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基于CT血管造影数据的三维微流体体外血管模型模拟动脉血栓形成

佩德罗F.科斯塔雨果J.阿尔伯斯，John E.a.Linssen,Heleen H.T米德尔坎普，琳达·范德豪特，罗伯特·帕西耶，阿尔伯特·范登伯格，Jos Malda and Andries D.van der Meer

实验室芯片，2017，纸类

DOI:10.1039/C7LC00202E

这篇论文包含在我们的器官中-，人体与疾病芯片专题收集。要阅读收藏中的其他文章，访问-rsc.li/organonachip

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