基于液滴微流體的微流控芯片系統的研究

實驗名稱：高壓放大器液滴微流控芯片系統中微液滴特性表征及氨基酸檢測應用

微流控芯片系統 (Microfluidics) 或微流控芯片實驗室，是將化學和生物等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測及細胞培養、分選和裂解等基本操作單元集成到幾個平方厘米 (甚至更小) 的芯片上，由微通道形成網絡，由可控流體貫穿整個系統。目前的微流控芯片系統主要包括連續微流體系統和液滴微流體系統。

研究方向：基于液滴微流體的微流控芯片系統的研究

實驗內容：

由于微生物篩選實驗通常需要較長的時間，所以對微流控芯片中的微液滴有更高的要求，如提高微液滴的穩定性，優化生物兼容性以及防止微液滴內水相物質滲漏到油相等。本研究針對以上問題，以代謝產物 (氨基酸) 為研究對象，通過對包埋氨基酸的皮升級微液滴特性的研究，為液滴微流控芯片系統在氨基酸檢測和相應生產菌株的高通量篩選以及定向進化改造方面奠定了基礎。

測試設備：

激光器、聚焦物鏡、高速攝像機、濾光片、光電倍增管、數據采集卡 、高壓放大器、Mitos 壓力泵、硅片、SU-82025光膠、等離子清洗機、勻膠機、加熱臺、紫外光刻機、微流控芯片、PDMS

實驗過程：液滴微流控芯片整合控制系統的搭建

激光器發出波長為 532 nm，發射后的激光通過濾光片除去雜波，然后聚焦到微流控芯片的檢測點。當包埋熒光物質的微液滴通過檢測點時被激發產生熒光，熒光經聚焦物鏡聚焦后到達分光鏡。通過分光鏡將一部分熒光傳給高速攝像機，實時監控微液滴的流動情況;另一部分熒光則通過濾光片，由光電倍增管 (PMT)接收并將熒光信號轉化為電壓信號后，由數據采集卡采集并由 LabVIEW 軟件進行分析。高壓放大器用于微液滴的偏轉，當目標微液滴的檢測信號超過分選設定閾值時，分析軟件通過高壓放大器和微流控芯片上的電極對微液滴施加偏轉電壓。由于介電電泳力的作用，目標微液滴將發生偏轉，流至分選通道得到收集。

測試結果：

1.生成的微液滴直徑可控，大小均一、穩定，微液滴內反應體系小，可節省大量試劑;

2.微液滴可以長時間穩定存在，滿足試劑反應或細胞培養對時間的要求;

3.微液滴的包埋物在測試微液滴中穩定存在，微液滴間無交叉污染，不會對后期微液滴的熒光檢測和分選產生影響;

4.微液滴的篩選通量可達每分鐘 600 個。這些實驗為酶及氨基酸等細胞分泌物的檢測分析和相應生產菌株的篩選提供了高通量篩選的可能，對液滴微流控芯片在定向進化方面的應用奠定了基礎。

關于高壓放大器的介紹：

ATA-7010是一款可放大交直流信號的單通道高壓放大器。最大輸出2KVp-p (±1KVp)高壓，最大輸出電流 40mAp ，帶寬(-3dB)高達DC~100KHz?？梢则寗痈邏盒拓撦d。電壓增益數控可調，一鍵保存設置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發生器配套使用，實現信號的完美放大。

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審核編輯：湯梓紅