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      新發(fā)現(xiàn)將傳統(tǒng)的微流體技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式微流體技術(shù)

      從傳統(tǒng)的微流體到開放式微流體

      新發(fā)現(xiàn)將傳統(tǒng)的微流體技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式微流體技術(shù)

      微流體是指微尺度設(shè)備中的流體操縱。通常稱為“片上實驗室”,微流體系統(tǒng)用于研究和分析非常小規(guī)模的化學(xué)或生物樣品,取代用于傳統(tǒng)生物分析的極其昂貴和繁瑣的儀器。通過麻省理工學(xué)院技術(shù)評論,2001年將“改變世界的10項新興技術(shù)”列入其中,微流體被認(rèn)為是生物學(xué)和化學(xué)的革命性,因為微處理器已經(jīng)用于電子和IT,它適用于巨大的市場。

      今天,這個年輕的學(xué)科,在2000年代開始以微通道網(wǎng)絡(luò)組成的封閉系統(tǒng)開始起飛,它本身正在被綜合理工學(xué)院和麥吉爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)的根本改變,這加強了理論和實驗基礎(chǔ)。開放空間微流體學(xué)。

      這種消除通道的技術(shù)與傳統(tǒng)的微流體技術(shù)在某些類型的分析中具有良好的競爭優(yōu)勢。實際上,閉合通道微流體裝置的經(jīng)典配置提供了若干缺點:通道橫截面的規(guī)模增加了細(xì)胞在培養(yǎng)時所經(jīng)受的應(yīng)力; 它們與細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn) - 培養(yǎng)皿不相容,這使得該行業(yè)很難采用它。

      Polytechnique和McGill大學(xué)研究人員探索的新方法基于微流體多極(MFM),這是一種同時流體吸入系統(tǒng),通過非常小的表面上相對的微開口吸入系統(tǒng),放置在厚度小于0.1 mm的狹窄空間內(nèi)。“當(dāng)它們彼此接觸時,這些流體噴射形成的圖案可以通過用化學(xué)試劑染色來看到,”Gervais教授說。“我們希望了解這些模式,同時開發(fā)一種可靠的MFM建模方法。”

      優(yōu)雅的視覺對稱重現(xiàn)藝術(shù)家MC ESCHER的工作

      為了理解這些模式,Gervais教授的團(tuán)隊必須為開放的多極流開發(fā)一種新的數(shù)學(xué)模型。該模型基于稱為共形映射的經(jīng)典數(shù)學(xué)分支,通過將其簡化為更簡單的幾何形狀來解決與復(fù)雜幾何相關(guān)的問題(反之亦然)。

      博士生ÉtienneBoulais首先開發(fā)了一個模型來研究多流偶極子(只有兩個開口的MFM)中的微噴射碰撞,然后依靠這個數(shù)學(xué)理論,將模型外推到具有多個開口的MFM。“我們可以用象棋游戲進(jìn)行類比,其中有一個版本有四個玩家,然后六個或八個,應(yīng)用空間變形同時保持相同的游戲規(guī)則,”他解釋道。

      “當(dāng)受到共形映射時,流體噴射碰撞產(chǎn)生的圖案形成了對稱的圖像,讓人想起荷蘭藝術(shù)家MC Escher的畫作,”這位對視覺藝術(shù)充滿熱情的年輕研究員補充道。“但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其美學(xué)吸引力,我們的模型允許我們描述分子在流體中移動的速度以及它們的濃度。我們?yōu)槎噙_(dá)12個極點的所有可能系統(tǒng)配置定義了有效規(guī)則,以產(chǎn)生多種多樣的流動和擴(kuò)散模式。“

      因此,該方法是一個完整的工具箱,不僅可以模擬和解釋MFM中出現(xiàn)的現(xiàn)象,還可以探索新的配置。由于這種方法,現(xiàn)在可以實現(xiàn)開放空間微流體測試的自動化,這種測試到目前為止只是通過反復(fù)試驗進(jìn)行過探索。

      使用3D打印制作設(shè)備

      MFM設(shè)備的設(shè)計和制造由Pierre-Alexandre Goyette完成。該設(shè)備是一種由樹脂制成的小探針,采用低成本的3D打印工藝,并連接到泵和注射器系統(tǒng)。

      “Juncker教授團(tuán)隊在固定在表面上的抗體檢測蛋白質(zhì)方面的專業(yè)知識對于管理該項目的生物學(xué)方面非常寶貴,”生物醫(yī)學(xué)工程博士生說。“通過分析獲得的結(jié)果驗證了我的同事Étienne開發(fā)的模型的準(zhǔn)確性。”

      該裝置允許同時使用多種試劑來檢測同一樣品中的各種分子,這為生物學(xué)家節(jié)省了寶貴的時間。對于某些類型的測試,分析時間可以從幾天減少到幾個小時,甚至幾分鐘。此外,該技術(shù)的多功能性應(yīng)使其可用于各種分析過程,包括免疫學(xué)和DNA測試。

      走向微流體顯示器?

      Gervais教授的團(tuán)隊已經(jīng)在考慮他的項目的下一步:開發(fā)一個顯示化學(xué)圖像的屏幕。

      “這將是液晶顯示器的一種化學(xué)等價物,”Gervais教授解釋說。“就像我們在屏幕上移動電子的方式一樣,我們會發(fā)送各種濃度的流體射流,這些流體會與表面發(fā)生反應(yīng)。它們會形成一個圖像。我們很高興能夠推進(jìn)這個項目,為此我們已獲得臨時專利。“

      重新診斷程序和醫(yī)療處理后續(xù)行動

      目前,該研究團(tuán)隊開發(fā)的技術(shù)針對的是基礎(chǔ)研究市場。“我們的工藝可以同時將細(xì)胞暴露于許多試劑中,”Gervais教授說。“它們可以幫助生物學(xué)家大規(guī)模研究蛋白質(zhì)和試劑之間的相互作用,從而增加分析過程中獲得的信息的數(shù)量和質(zhì)量。”

      他解釋說,隨后,醫(yī)藥市場也將能夠受益于這一發(fā)現(xiàn)所帶來的篩選系統(tǒng)自動化的新方法。最后,它通過促進(jìn)患者細(xì)胞培養(yǎng)和接觸各種藥物來確定哪些藥物最佳反應(yīng),為藥物發(fā)現(xiàn)開辟了一條新途徑。

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