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微流控芯片光学检测技术之热透镜显微检测

热透镜显微( Thermal lens microscopy,TLM) 检测
        热透镜技术有两个激光器产生两柱激光,其中激发光柱激发样本,探针光柱测量折射率的变化。由于光吸收分子的浓度与热透镜效应成线性相关关系,所以通过测量由于TLS 导致的探针光柱的会聚或分散可以进行定量分析。TLM 适于结合微流道检测,因为微流控芯片中矩形流道中的检测比在圆形的毛细管中更容易校准。Kitamori 及其研究组在微流控芯片上细胞培养及TLM 检测分析方面多有建树。微流控芯片上细胞培养和对流体的控制,可以高度模拟细胞在体内的真实环境,而TLM 可以实时无标记地监测细胞对外界刺激条件的响应。Jang 等用TLM 在微流控芯片上研究了流体切应力对成骨细胞分泌表达蛋白的影响。在连续灌流的玻璃微芯片系统中培养可表达GFP 标记基因的鼠MC-3T3 E1 成骨细胞,用TLM 测量芯片上碱性磷酸酶( ALP) 的表达,证明在微流道中,切应力( 0. 07 dyne /cm2 ) 作用能增加成骨细胞的GFP 表达和分化; 另外在含有骨形成蛋白2 的分化培养基中,微流道中细胞培养上清液中ALP 活性达到常规48 孔板静态培养下活性的10 倍。此微芯片细胞培养系统能自动化长时期( 10 天) 监测细胞并进行成骨细胞分化分析。Sato 等用石英玻璃微流控芯片培养鼠海马神经细胞模拟神经网络,然后将含有神经递质谷氨酸的溶液注入到芯片上刺激培养的神经元释放逆行信使分子花生四烯酸,之后用UV-TLM 检测分析。测量的信号强度依赖于谷氨酸溶液的浓度,而且神经元释放逆行信使分子也与谷氨酸溶液的浓度相关。这个系统适合于细胞释放超痕量化学物质的时间变化监测。微流控芯片TLM 检测系统还可以模拟和监测细胞体内环境下对多种刺激条件的细胞响应,用于代谢和药物筛选。Goto 等在玻芯片上培养巨噬细胞样细胞,通过控温设备控制芯片3 个不同区域温度不同,然后用TLM 监测细胞在脂多糖刺激下NO 的释放过程( 见下图) 。与常规方法相比,对于NO 的检出限从1 ×10 - 6 mol /L 降低到7 ×10 - 8mpl /L,检测时间由24 h 缩短到4 h。

        TLM 由于其高检测灵敏性和高分辨率,还用于监测微流道上单个细胞表面及内部分子的分布情况,并且可以定量检测识别目标分子。Tamaki 等用小型TLM 结合微芯片监测成神经细胞瘤-神经胶质瘤杂交细胞中细胞色素C在凋亡过程中由线粒体到胞质溶胶中的分布过程。在芯片微槽( 体积为1 μL) 中培养细胞以模拟细胞的体内环境,在微流道进行流体操纵和检测,细胞色素C 的含量约为10 - 20 mol。此外Kakuta等发展了一种芯片上TLM 免疫分析检测方法,在凝胶上检测了脑钠素与其抗体相互作用的结合活性。TLM 检测极其灵敏,与微流控结合对于细胞研究的模型已经建立起来,可以对单个细胞无创、实时检测,将是微系统的一个重要发展应用技术。检测时需要精细的光学校准以达到检测的最佳配置。

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                                                                               图为:基于微芯片的生物分析系统


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