Kimyoviy biologiyadagi mikro suyuqliklar - Microfluidics in chemical biology

Kimyoviy biologiyadagi mikro suyuqliklar ning qo'llanilishi mikro suyuqliklar o'rganishida kimyoviy biologiya.

Mikrofluiditlar fizik o'lchamlari tufayli kimyoviy biologiya vositalaridan foydalanish uchun noyob platforma yaratadi va o'zida kimyoviy biologiya vositasi bo'lib xizmat qiladi. Suyuqliklar orqali manipulyatsiya sifatida ta'riflanadi mikron so'nggi yigirma yil davomida mikrofluidikalar sohasi keng miqyosda o'rganilgan va suyuqliklarning bu miqyosda o'zini tutishi haqida ko'p narsa ma'lum.[1] Shunday qilib, ushbu ma'lumot biologik namunalarni standart ommaviy usullar yordamida erishib bo'lmaydigan usullar bilan boshqarish uchun ishlatilishi mumkin va ishlatilgan.

Afzalliklari

Kimyoviy biologiyani qo'llash bo'yicha namunalar hajmini minatizatsiya qilish orqali erishilgan asosiy afzalliklarga ishlash qobiliyati kiradi yuqori o'tkazuvchanlik minimal namunadan foydalangan holda tajribalar, murakkab aralashdan nodir hodisalarni ajratish, kuchaytirish va aniqlash vositalari va hujayraning o'zi miqyosida uyali namunadagi muhitni buzish uchun resurslar.[1][2][3] Ushbu imkoniyatlar yordamida tadqiqotchilar mikroflidikadan foydalanish imkoniyatiga ega bo'ldilar oqsillarni kristallashtiradi,[4] bajaring polimeraza zanjiri reaktsiyasi,[5][6] ketma-ketlik DNK,[5] bitta hujayralardagi oqsil ekspresiyasini o'rganish,[7][8] chivinlarda bezovtalanadigan embrional rivojlanish,[9] madaniyat hujayralari[10] shuningdek, boshqa ko'plab muhim biologik tadqiqotlarni amalga oshiradi.

Namunaviy idishni miniatizatsiyasi natijasida yuzaga keladigan o'ziga xos xususiyatlardan biri bu yuzaning hajmga nisbati muqarrar ravishda ko'payishi. Mikrofluidik eksperimentlarning o'ziga xos xususiyati mikrofluidikadan foydalanishning afzalliklariga yordam berishi yoki eksperimental texnikani yanada takomillashtirishni talab qilishi mumkin. Ba'zi hollarda, qiziqish molekulalarini ikki faza o'rtasidagi interfeysga yo'naltirish imkoniyati mavjud. Bunday holda, reaktsiyaning umumiy hajmiga nisbatan kengaytirilgan sirt maydoni eksperimental dizayni muvaffaqiyatli bo'lishiga olib keladi. Boshqa holatlarda, molekulalarning yuzaga ko'chishini oldini olish kerak. Buning eng keng tarqalgan misoli - bu oqsil molekulalarining havo va suv yoki yog 'bilan suv o'rtasidagi adsorbsiyaga moyilligi. Ushbu ilovalar uchun ushbu kiruvchi ta'sirni oldini olish uchun sirtlarni sirt faol moddasi yoki boshqa kimyoviy qo'shimchalar yordamida o'zgartirish kerak.

Materiallar

Yaxshi o'rnatilgan yondashuvlardan foydalangan holda mikrofluidik tajribalar o'tkazish uchun asboblarni loyihalashtirish va ishlab chiqarish qobiliyati kimyoviy biologiyani mikrofiltrlar bilan o'rganish foydali bo'ladi. Qurilmani ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan eng keng tarqalgan material bu polidimetilsiloksan (PDMS).[2] Ushbu material biologik tizimlarga mos xususiyatlari tufayli tadqiqotchilar orasida eng mashhur va juda mashhurdir. Ushbu xususiyatlarga ko'pgina moddalarga nisbatan nisbatan inertlik, ultrabinafsha va ko'rinadigan yorug'lik uchun shaffofligi, egiluvchanligi va gazlar uchun o'tkazuvchanligi kiradi.[2] Bundan tashqari, PDMS sirtlari ularni qayta ishlash uchun ishlov berilishi mumkin hidrofilik yoki hidrofob, kerakli dasturga qarab.[2] Ushbu ko'p qirralilik PDMSni deyarli barcha mikrofiltrli dasturlarda ishlatishga imkon beradi. Uning keng qo'llanilishiga qaramay, boshqa materiallarga ustunlik beradigan holatlar mavjud. PDMS istalmagan bo'lsa, shisha keng tarqalgan alternativ hisoblanadi. Yumshoq litografiya PDMS qurilmalarini tayyorlashning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Ushbu texnika nisbatan arzon va mikrafidik tajribalarda ishlatiladigan deyarli har qanday me'morchilikni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin.

Ilovalar

Istalgan tajribaning xususiyatiga qarab, suyuqliklarni boshqarish usuli va suyuqlik oqimi ichida mavjud bo'lgan fazalar soni har xil bo'lishi mumkin. The Reynolds raqami (Qayta) yoki yo'qligini aniqlaydi suyuqlik oqimi bu laminar yoki notinch. Laminar oqimda bir-biriga parallel ravishda oqadigan aralash suyuqliklarning almashinishi diffuziya tufayli sodir bo'ladi va shu bilan sekin kechadi. Ushbu xususiyat suyuqlik oqimlari ichida kichik molekulalarning barqaror gradyanlarini hosil qilish uchun ishlatilgan.[11] Bitta suyuqlik fazasini ishlatishdan ko'ra, tomchilar hosil qilish uchun ikkita suyuq fazadan foydalanish ham mumkin. Tomchilar hosil qilishning eng keng tarqalgan usuli yog 'oqimiga perpendikulyar bo'lgan suv oqimining oqimini o'z ichiga oladi.[12] Bu ikki oqim a da uchrashganda T-birikmasi, yog 'fazasi bilan o'ralgan bir xil, suvli tomchilar hosil bo'ladi. Mikrofluid qurilmaning geometriyasiga va ishlatilgan oqim tezligiga qarab tomchilar ham hosil bo'lishi mumkin. yo'naltirilgan oqim qurilma.

Mikrofluidiklar bitta molekulali tadqiqotlar uchun katta imkoniyatlarga ega. Bitta molekulalarni aniqlash uchun ko'pincha qiziqish signalini kuchaytirish yoki kuchaytirish kerak.[13] Ommaviy usul echimlarida bitta molekuladan kuchaytirilgan signal doimiy ravishda deyarli har birining aniqlash chegarasidan pastgacha suyultiriladi. florofor yoki boshqa signallarni o'qish. Mikrofluidlar orqali amalga oshiriladigan kichik xususiyatlarda, bitta molekulaning kuchayishi nanolitrlardan pikolitergacha bo'lgan hajmda chegaralanadi.[13] Kuchaytirilgan signal ushbu kichik hajmlarda aniqlanish chegarasidan yuqori intensivlikda o'sish imkoniyatiga ega va shu bilan bitta molekulali tadqiqotlar o'tkazishga imkon beradi.[13] Mikrofluidli asboblar dizayni va eksperimental bajarilishidagi ko'p qirralilik mikrofluiklarning noyob hajmli afzalliklari bilan birgalikda kimyoviy biologiya vositasi sifatida foydalanish uchun deyarli cheksiz imkoniyatlarni beradi. Nanofluid texnologiyalarining rivojlanishi bilan mikrofiltrlar va nanofluiklarning umumiy imkoniyatlari kimyoviy biologiya vositalaridan foydalangan holda muhim biologik kashfiyotlar uchun zaruriy asos yaratishi mumkin.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b Whitesides GM (2006). "Mikro suyuqliklarning kelib chiqishi va kelajagi". Tabiat. 442 (7101): 368–373. Bibcode:2006 yil natur.442..368W. doi:10.1038 / nature05058. PMID  16871203.
  2. ^ a b v d Weibel DB, Whitesides GM (2006 yil dekabr). "Mikro suyuqliklarning kimyoviy biologiyada qo'llanilishi". Curr Opin Chem Biol. 10 (6): 584–91. doi:10.1016 / j.cbpa.2006.10.016. PMID  17056296.
  3. ^ Song H, Chen DL, Ismagilov RF (2006 yil noyabr). "Mikrofluid kanallarda tomchilarda reaktsiyalar". Angew. Kimyoviy. Int. Ed. Ingl. 45 (44): 7336–56. doi:10.1002 / anie.200601554. PMC  1766322. PMID  17086584.
  4. ^ Li L, Ismagilov RF (2010). "Klapanlar, tomchilar va SlipChip asosidagi mikrofluid texnologiyalar yordamida oqsillarni kristallanish". Annu Rev Biofhys. 39: 139–58. doi:10.1146 / annurev.biophys.050708.133630. PMID  20192773.
  5. ^ a b Melin J, Quake SR (2007). "Mikrofluik keng ko'lamli integratsiya: biologik avtomatlashtirishni loyihalash qoidalari evolyutsiyasi". Annu Rev Biofhys Biomol tuzilishi. 36: 213–31. doi:10.1146 / annurev.biophys.36.040306.132646. PMID  17269901.
  6. ^ Shen F, Du V, Kreutz JE, Fok A, Ismagilov RF (oktyabr 2010). "SlipChip-da raqamli PCR". Laboratoriya chipi. 10 (20): 2666–72. doi:10.1039 / c004521g. PMC  2948063. PMID  20596567.
  7. ^ Greif D, Pobigaylo N, Frage B, Becker A, Regtmeier J, Anselmetti D (sentyabr 2010). "Chipda kuzatilgan bitta bakterial hujayralardagi bo'shliq va vaqt bo'yicha hal qilingan oqsil dinamikasi". J. Biotexnol. 149 (4): 280–8. doi:10.1016 / j.jbiotec.2010.06.003. PMID  20599571.
  8. ^ Spiller DG, Wood CD, Rand DA, White MR (iyun 2010). "Bir hujayrali dinamikani o'lchash". Tabiat. 465 (7299): 736–45. Bibcode:2010 yil natur.465..736S. doi:10.1038 / nature09232. PMID  20535203.
  9. ^ Lucchetta EM, Li JH, Fu LA, Patel NH, Ismagilov RF (aprel 2005). "Drosophila embrional patterning tarmog'ining makon va vaqt ichida mikrofliidlar yordamida buzilganligi dinamikasi". Tabiat. 434 (7037): 1134–8. Bibcode:2005 yil 53-iyun. doi:10.1038 / nature03509. PMC  2656922. PMID  15858575.
  10. ^ Young EW, Beebe DJ (mart 2010). "Nazorat qilinadigan mikro muhitlarda mikrofluid hujayra madaniyati asoslari". Chem Soc Rev.. 39 (3): 1036–48. doi:10.1039 / b909900j. PMC  2967183. PMID  20179823.
  11. ^ Dertinger SK, Chiu DT, Jeon NL, Whitesides GM (2001). "Mikrofluidli tarmoqlardan foydalangan holda murakkab shakllarga ega bo'lgan gradiyentlar avlodi". Analitik kimyo. 73 (6): 1240–1246. doi:10.1021 / ac001132d.
  12. ^ Tice JD, Song H, Lion AD, Ismagilov RF (2003). "Reynolds va kapillyar sonlarning past qiymatlarida ko'p fazali mikro suyuqlikda tomchilar hosil bo'lishi va aralashtirish". Langmuir. 19 (22): 9127–9133. doi:10.1021 / la030090w.
  13. ^ a b v Vinsent ME, Liu V, Xeni EB, Ismagilov RF (mart 2010). "Mikrofluid stoxastik izolyatsiya hujayralarni ajratish va tarqaladigan signallarni boshqarish uchun yuqori zichlikli muhit yaratish orqali noyob hujayralar tahlilini kuchaytiradi". Chem Soc Rev.. 39 (3): 974–84. doi:10.1039 / b917851a. PMC  2829723. PMID  20179819.