forautomatedperfusioncultureofCHOcellline利用一次性的设备实现自动化的灌流式细胞培养,节省了灭菌、转接、安装等时间,但是消耗的试剂和材料较多。在常规活细胞工作站对细胞生长条件探究的研究基础上,基于微流控芯片的自动控制系统因其集成度高,便于控制,节省试剂材料等诸多优势也得到了全球的科研工作者深入的研究。美国斯坦福大学Quake研究组[21]搭建了一个完全自动化的基于微流控芯片的哺乳动物细胞培养平台,可以自动实现多步的细胞刺激、添加培养基、添加试剂、实时观测等操作。该系统设计有96个可独立操控的培养微腔室,每个微腔室的体积只有60nL。这种独立的微培养腔具有很高的可控性,能够用来设计各种细胞培养实验,如图1.4所示。研究小组在芯片上培养了人间充质干细胞(humanprimarymesenchymalstemcells),该实验探究了短时刺激对细胞中碱性细胞增殖和磷酸酶的活性的影响。在芯片上连续进行了10d的细胞培养,利用荧光显微镜的自动成像系统,在无人值守的情况下,实现了实验的正常进行。这一实验成果展示了自动控制在微系统中的应用,具有便捷、高效、精确等特点。可以通过多次精确重复实验获得更多的实验数据,对于实验结果的分析研究具有重要意义。图1.4细胞培养和筛选芯片示意图Figure1.4Schematicofcellcultureandscreeningchips加拿大哥伦比亚大学的Hanse团队[22]用多层蚀刻技术制备微芯片(图1.5),并利用控制半压阀门、捕获悬浮着的酵母细胞。2048个半压阀集成在了该微流控芯片上,从而可以同步实现8个细胞系的实验研究。每个细胞系同步进行32种定时刺激,并通过显微镜图像采集系统来实时采集图像获取大量数据。在这个实验研究中,充分展示了在微流控芯片上高度集成自动化装置对生物实验研究的重要意义和巨大的潜力。
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