作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 顶部:新技术概述
左图:微芯片和滑动壁的设计
右图:用于分隔实验的微芯片和滑动壁
蓝色和黄色染料已经被添加用于可视化
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0125-7 一个研究小组最近开发了“滑动壁”，作为微流体装置中流体控制的新技术，允许半刚性或刚性壁在微流体芯片内滑动
在《自然:微系统和纳米工程》杂志的一份新报告中，巴斯汀·文扎克和法国巴黎居里学院和索邦大学的一组科学家利用滑动壁几何学设计了几种流体功能
该装置包含开/关开关阀，根据墙壁几何形状阻断或重新配置通道
该装置包含一个基于水凝胶的膜，用于浓缩、纯化生物分子并将其从一个通道输送到另一个通道
该技术与基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片上典型制造工作流程的软光刻方法兼容，易于实施
这种新方法开辟了一条通向各种微流体应用的途径，为生物实验室的现场护理应用形成了简单的手动设备
真正可重构的系统是微流体工程师的梦想，其中重构描述了以模块化单元构建的智能系统，并在实验之间进行快速重组
然而，对于大多数微流体系统来说，通道网络在微制造过程中保持固定，并且不能在实验过程中进行定制重构
工程师也只能改变泵送、阀门或使用电场和磁场的外力
为了满足微流体生产的现有限制或挑战
提出了被称为“滑动壁”的微流体驱动新概念
该方法与软光刻制造兼容，但不需要外部设备
它可以手动操作，并且可以包含在单个设备组件中
Venzac等人
使用几种制造方法开发了滑动壁，将它们嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的开放通道中
驱动过程允许它们可逆地打开或关闭泵送流体的通道，然后重新定向流动以随意重新配置微流体网络
该团队描述了该方法的原理，并展示了简单的功能，包括形成水凝胶板以适应四维(四维)受控细胞培养，随后在微流体隔室中进行基于膜的动电脱氧核糖核酸预浓缩
他们以低成本实现了快速原型制作技术，并手动控制滑动墙。为了简单起见，该团队还可以使用计算机控制的电机或致动器完全自动化滑动墙
新工具箱非常适合微流体通道尺寸超过100米的应用，并且只需要很少的驱动元件
滑动墙原理
PDMS结构包含一个引导通道和一个流体通道，并且被结合到一个平坦的PDMS表面
在这个例子中，在芯片制造之后，具有雕刻通道的滑动壁被插入引导通道内
流体通道是阻塞的还是自由的
插入物中提供了滑动壁/流体通道相交的细节
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0125-7 对于一般的设计原理，研究人员将刚性/半刚性结构插入到PDMS微流体芯片的引导通道中，并使用多种材料来开发滑动壁，包括(1)不锈钢膜，(2)在PDMS模具中光聚合的光固化抗蚀剂，以及(3)使用立体平版三维印刷模制的光固化树脂
他们根据实验的内在特性选择了适合实验的工程技术，并通过控制材料刚度(大多数薄滑动壁首选不锈钢)来防止壁弯曲或破裂
对于较大的滑动壁，他们使用传统的立体平版印刷术，并在不锈钢上使用微铣削在滑动壁上包括小特征
作为最初的概念证明，文扎克等人
准备两种类型的阀门:一个开关阀和一个金属开关阀，一个入口和两个出口
滑阀主要是有趣的，因为它们在芯片上器官装置和细胞培养结构中的实用性
研究人员还展示了使用滑动壁作为片上注射器来手动泵送流体，并且在实验中没有观察到在推动或吸入空气期间的液体泄漏
滑动墙非常适合大型舱室的建造——研究小组在舱室的顶部和底部增加了两个狭窄的凹槽，以引导垂直的无容器钢滑动墙，并调节舱室之间的连通
顶部:阀门实验
一种用于开关阀实验的基于芯片和光固化光刻胶的滑动壁设计
开关阀实验用芯片和金属滑动壁的设计
对于不同比例的导向通道和滑动壁高度和宽度，抗蚀剂基(黄色系列)和金属基壁(灰色系列)所能承受的最大压力(每个条件下三次实验)
开关阀的荧光图像，充满荧光素的水流过开放路径(13升/秒)
底部:抽吸实验
芯片设计，充满荧光素的水通过1 l室泵送的连续图片
活塞的位置用红色虚线表示
液体排量对绝对活塞排量(活塞原点设定在第一腔室开始填充时)，推动(蓝色)然后拉动(红色)，四种不同装置的平均值
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0125-7 该团队最终使用新设备进行了生物功能化测试，并观察了四维细胞培养和细胞迁移
在这个实验中，他们在腔室的右半部放入一种荧光胶原蛋白溶液，用缓冲液填充后半部，然后将两者混合形成一块水凝胶板
这种水凝胶是开发三维芯片器官隔室的主要要求
为了测试它们的生物学功能，文扎克等人
研究了树突细胞(免疫细胞)装载到腔室内胶原溶液中时的细胞迁移
研究小组用趋化因子溶液填充第二个隔室，移除不锈钢滑动壁，形成一个直线界面，让趋化因子扩散到胶原板上，让树突状细胞迁移到凝胶/溶液界面，形成四维细胞培养物
分区实验
芯片和金属滑动壁的设计
密封试验的俯视图
左图:明亮的密室画面
右图:8小时后腔室的荧光图像
在腔室内的滑动壁上开一个200米的孔后，三乙二胺四乙酸缓冲液室中荧光素的梯度
滑动壁和孔的界限用虚线表示
彩色线条对应于图像表面，其强度高于最大值的12%(墙位移后，白色:1秒，红色:4秒，黄色:9秒，绿色:14秒，青色:50秒，蓝色:110秒，品红色:170秒)
(4)顶视图，深度编码的共焦图像，在移除滑动壁之后，在腔室的右半底部的荧光、凝胶化的胶原板
胶原板内树突状细胞在滑动壁移除前(0-30分钟)和滑动壁移除后(30-240分钟)的轨迹分两个阶段分解
第一种显示没有优先迁移(30-120分钟)，而细胞在120-240分钟被吸引到趋化因子室
轴以微米为单位，垂直轴远离趋化因子室
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0125-7 他们还动电预浓缩脱氧核糖核酸大分子，在新的设置中控制它们的运输和释放
为了实现这一点，该团队在微流体系统中使用了可移动和可重构的水凝胶膜，并使用高分辨率三维打印技术设计了一个带有集成窗口的滑动壁
他们在通道中施加一个恒定的电场，使缓冲溶液中带有荧光标签的脱氧核糖核酸电泳迁移
水凝胶孔的大小阻止了脱氧核糖核酸的迁移，导致它们在膜上预浓缩
作为一种新的简单的样品制备和分析方法，科学家们在装置中诱导预浓缩的脱氧核糖核酸自由流动，将样品从一个通道输送到另一个通道
脱氧核糖核酸预浓缩和纯化实验
芯片和滑动壁的设计
一个聚乙二醇二甲基醚膜(粉红色)在滑动墙的窗口中光聚合
彩色箭头指示带有相应彩色边框的下列图片的位置
通过电泳将100皮克的λ-脱氧核糖核酸在3D打印的滑动壁中对聚乙二醇二甲基醚膜进行预浓缩
b)黄色矩形内的平均灰度值随时间的变化
(4)在聚乙二醇二甲基醚膜预浓缩过程中，(5)转移到第二个通道后，(6)电泳释放时的荧光照片
比例尺:250米
黄色箭头指示了脱氧核糖核酸的迁移或置换方向
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0125-7 通过这种方式，巴斯汀·文扎克和他的同事开发了一个新的工具箱来创新传统微流体的使用
滑动壁具有额外的特征，例如微通道或带有加载凝胶的窗口，以及超越传统芯片内阀的潜在应用解决方案
值得注意的是，他们使用单滑动壁装置实现了四维细胞培养和脱氧核糖核酸预浓缩
科学家们设想该技术在低成本和低技术生物医学环境中的广泛应用
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