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追踪微流体液滴中细菌种群的随机生长
微流体液滴中的细菌生长与生物技术、微生物生态学以及了解小群体中的随机种群动态有关。然而，自动测量液滴内的绝对细菌数量已被证明具有挑战性，迫使人们使用替代测量方法来测量种群大小。在这里，我们介绍了一种微流体设备和成像协议，可以对数千个液滴进行高分辨率成像，这样单个细菌就可以停留在焦平面上，并且可以自动计数。使用这种方法，我们跟踪了液滴中数百个重复大肠杆菌种群的随机生长。我们发现，在早期，生长轨迹的统计数据符合 Bellman-Harris 模型的预测，其中没有分裂时间的继承。我们的方法应该可以进一步测试随机生长动力学模型，并有助于更广泛地应用基于液滴的细菌培养。
利用部分亲水-疏水表面在微流体装置中形成双乳液微滴
使液滴破碎。一般来说，液滴的产生方法主要有两种：膜乳液法16 – 18 和微流体法。膜乳液法是将分散流体直接注入连续流体中，这样可以有效地产生大量液滴。然而，由于剪切应力只能由分散流体来调节，因此膜乳液法很难控制液滴尺寸并获得高效的包封率。对于微流体，微加工可用于制造微流体装置，通过控制沿微通道的分散相和连续相的液流速率，可以高效地批量生产微液滴，并且液滴尺寸精度高，封装效率高。在微流体中，液滴的生成基于两个剪切应力源，使液滴在微通道连接处破碎：一个来自连续流体，另一个来自分散流体的表面润湿性和微通道表面条件之间的差异。因此，微流体对于双乳液液滴生成比膜乳液更有效。微流体中用于产生液滴的微通道可分为 3 种类型：T 型连接微通道、流动聚焦微通道和共流微通道。T 型连接微通道 19 – 21 是最简单的微通道，其中连续相沿主微通道流动，分散相沿微通道流动。
集成电阻抗生物传感器的微流体细胞培养装置中单个芽殖酵母解剖事件的实时监测
微流控装置与荧光显微镜相结合，提供了高分辨率和高内涵的平台，用于研究芽殖酵母酿酒酵母的单细胞形态、行为和复制衰老的动态过程。然而，大量记录的图像使得数据处理工作非常耗费人力和时间，而酵母复制寿命 (RLS) 是酵母衰老的主要标准。为了解决这一限制并进行无标记的 RLS 分析，引入了可通过微流控装置中的微电极轻松功能化的电阻抗谱 (EIS) 来监测芽殖酵母的细胞生长和分裂。在此，提出了一种集成 EIS 生物传感器的微流控装置，以单细胞分辨率进行酵母增殖的原位阻抗测量，从而识别子代从母代分离的瞬时事件。单个酵母细胞被可靠地固定在瓶颈状陷阱中以进行连续培养，在此过程中子细胞在水力剪切力的作用下有效地从母细胞中分离出来。每 2 分钟进行一次延时阻抗测量以监测细胞过程，包括出芽、分裂和解剖。通过使用 K 均值聚类算法首次分析自定义参数“解剖指标”，从 EIS 信号中准确提取了子细胞脱离母细胞的瞬时事件。从而验证了基于阻抗传感技术识别子细胞解剖事件。随着进一步的发展，这种集成电阻抗生物传感器的微流控装置在高通量、实时、无标记分析出芽酵母的衰老和 RLS 方面具有良好的应用前景。
利用 3D 打印技术制造微流体传感器：生产系统
1 巴塞罗那大学生物技术-生物医学系，巴塞罗那 08028，西班牙 2 德克萨斯州立大学英格拉姆工程学院，圣马科斯，TX 78666，美国 3 马尔马拉大学纯粹与应用科学研究所，伊斯坦布尔 34722，土耳其 4 马尔马拉大学技术学院机电一体化工程系，伊斯坦布尔 34722，土耳其 5 Arcelik AS，34950 伊斯坦布尔，土耳其 6 意大利理工学院，材料界面中心，Viale Rinaldo Piaggio 34，56025 Pontedera，比萨，意大利 7 生物机器人研究所，Scuola Superiore Sant'Anna，Viale Rinaldo Piaggio 34，56025 Pontedera，比萨，意大利 8 达姆汉大学化学学院，达姆汉 36716-41167，伊朗 9 墨西哥国立自治大学— 土耳其比尔肯特大学国家纳米技术研究中心和材料科学与纳米技术研究所
智能声流体技术助力人类微型生物反应器
摘要 . 声流体技术结合了声学和微流体技术，为操纵细胞和液体提供了一种独特的方法，广泛应用于生物医学和转化医学。然而，由于多种因素，包括设备间差异、手动操作、环境因素、样品差异等，标准化和保持当前声流体设备和系统的优异性能具有挑战性。在此，为了应对这些挑战，我们提出了“智能声流体技术”——一种涉及声流体设备设计、传感器融合和智能控制器集成的自动化系统。作为概念验证，我们开发了基于智能声流体技术的微型生物反应器，用于人脑类器官培养。我们的微型生物反应器由三个组件组成：（1）通过声螺旋相涡旋方法进行非接触式旋转操作的转子，（2）用于实时跟踪旋转动作的摄像头，以及（3）基于强化学习的控制器，用于闭环调节旋转操作。在模拟和实验环境中训练基于强化学习的控制器后，我们的微型生物反应器可以实现转子在孔板中的自动旋转。重要的是，我们的微型生物反应器可以实现对转子的旋转模式、方向和速度的出色控制，而不受转子重量、液体体积和工作温度波动的影响。此外，我们证明了我们的微型生物反应器可以在长期培养过程中稳定地保持脑类器官的转速，并增强脑类器官的神经分化和均匀性。与目前的声流体相比，我们的智能系统在自动化、稳健性和准确性方面具有卓越的性能，凸显了新型智能系统在生物电子学和微流体实验中的潜力。
由薄膜传感器和全系统共振模式驱动的大量大声液体的数值研究
摘要：在散装的声学设备中，传统上，用于流体和微粒处理的声音共振模式在散装压电（PZE）换能器传统上受到激发。在这项工作中，通过三个维度的数值模拟进行了证明，这些模拟集成了PZE薄纤维胶片传感器，构成少于散装设备的0.1％的换能器，同样良好。使用经过良好测试且经过实验验证的数值模型进行模拟。嵌入在MM大小的散装玻璃芯片中的水上填充的直流通道，其用Al 0.6 SC 0.4 N制成的1- l m thick薄纤维传感器作为概念验证示例。计算了声能，辐射力和微粒聚焦时间，并证明与传统的散装硅玻璃设备相媲美，由大量的铅链氨基二硝酸盐传感器所代理的硅玻璃设备。薄纤维换能器在散装声音中产生所需的声学效果，依赖于三个物理方面：薄纤维换能器的平面内表达式在应用的原始电动电动机下，且元素的整个设备，并列出了通用的整个设备。构成设备的大部分部分。 因此，薄片设备对薄膜传感器的Q因子和共振特性非常不敏感。 v C 2021作者。 所有文章内容（除非另有说明，否则都将根据创意共享归因（cc by）许可（http://creativecommons.org/licenses/4.0/）获得许可。 https://doi.org/10.1121/10.0005624薄纤维换能器在散装声音中产生所需的声学效果，依赖于三个物理方面：薄纤维换能器的平面内表达式在应用的原始电动电动机下，且元素的整个设备，并列出了通用的整个设备。构成设备的大部分部分。因此，薄片设备对薄膜传感器的Q因子和共振特性非常不敏感。v C 2021作者。所有文章内容（除非另有说明，否则都将根据创意共享归因（cc by）许可（http://creativecommons.org/licenses/4.0/）获得许可。https://doi.org/10.1121/10.0005624https://doi.org/10.1121/10.0005624
采用电润湿技术的微流体声学超材料
膜型超材料，[17] 最近的研究表明，将液体与固体结构结合起来可以极大地促进可重构性。最近展示了一种被动可重构亥姆霍兹共振器，其中填充了不同体积的水来调节其自由腔空间。 [18] 但是，为了主动调整液体嵌入超材料设计，我们需要主动微流体技术来在芯片上控制液体的流动性。文献中存在许多主动微流体控制机制 [19]，如光电润湿、电泳和表面声波。这些可用于以受控方式移动微尺度液滴，并已被用于各种应用，如芯片实验室、[20] 打印、[21] 光流体透镜 [22] 和声流体。 [23] 然而，声流体领域 [24] 迄今为止仅关注使用施加声场来操纵液滴 [25,26]，而不是反之亦然。此外，由于尺寸大、吞吐量低、体积大以及整合主动控制机制所需的材料成本高昂，制造超紧凑可调超材料设计面临着制造挑战。在这里，我们提出并开发了一种新型超紧凑元结构，我们称之为超材料，它具有利用微流体的主动驱动机制，这将具有重要实际意义并促进微流体声学超材料 (MAM) 的新方法。在本文中，我们设计、制造并展示了一种液滴集成超材料，其可调性源自一种基于数字微流体的主动液滴操纵技术，称为电介质电润湿 (EWOD)。 [27–29] 我们利用微机电 (MEMS) 技术实现了对深亚波长狭缝（尺寸为长度 = 0.5 λ (L)、宽度 = 0.06 λ 和高度 = 0.02 λ ）的动态控制，以操纵超声波（40 kHz）。例如，在文献中很少见到在频率 20.9 kHz（λ 表示声音的波长）时约为 λ /650 的超薄深亚波长超材料，其中通过在超表面上镂空图案化来剪纸任意图案。[30] 已报道的大部分作品（如范围在微米到毫米级的超声波超透镜 [31]）都是“被动的”，但这里我们提出了一种新型的主动可调谐深亚波长超薄超材料（厚度为 200 微米，高达 λ /44），据我们所知，与以前的研究相比创下了纪录。基于 MEMS 的 MAM 设计铺平了道路
第二届实用微流体短期培训班
本次研讨会由伊尔默瑙工业大学、耶拿莱布尼茨光子技术研究所以及海利根施塔特生物加工和分析测量技术研究所联合举办。更多信息请访问：www.tu-ilmenau.de/ttd/cbm 和 www.tu-ilmenau.de/ttd/spm
欧洲传统武器控制的政治
PDMS是微流细胞制造的理想基础材料，可提供生物兼容性，光学透明度和对气体的渗透性。[4]例如，透明度是遵循带有光学设置的微流量流中的co-Flow或微滴生成过程的至关重要的要求。然而，使用PDMS的流动池制造涉及几个容易出现错误的过程步骤，尤其是用户，并且很难制作Complex 3D结构，需要多层制造，以预先构成深入的制造经验。因此，研究人员已经开始专注于通过3D打印来制造微流体流动池，因为其单程特征，短程序时间和易于分发的数字设计。[5–7]对微流体流细胞的3D打印的兴趣已迅速增长，这是由于该领域的公共公共事件迅速增加。[8-12]近年来，投资高分辨率的3D打印技术已付出了很多努力，以缩小可实现的最小功能大小和基于PDMS和3D打印的微流体设备之间的功能的差距。作为一种有希望的3D打印技术，投影微刻光（PμSL）引起了极大的兴趣。已经据报道，已建立的微流体模块，例如液滴发生器，[13]阀，[14]和泵[6]通过PμSL制造。更精确地量身定制了3D打印微流体的功能，已经开发了光聚合物制剂以提高透明度[15]和PμSL打印的细胞培养环境或生物传感器的长期生物相容性。[16]
离心微流体“盘上实验室”系统的设计优化，面向流体大规模集成
摘要：提高功能复用程度，同时确保具有竞争力的成本下的操作可靠性和可制造性，是实现全面的样本到答案自动化的关键因素，例如，用于常见的、分散的“即时护理”或“即时使用”场景。本文展示了一种基于模型的“数字孪生”方法，该方法有效地支持了示例性离心气动 (CP) 可溶解膜 (DF) 虹吸阀的算法设计优化，以实现成熟的“盘上实验室” (LoaD) 系统的更大规模集成 (LSI)。显然，阀门及其上游实验室单元操作 (LUO) 的空间占用空间必须适合在测定方案中出现的给定径向位置，进入本地可访问的盘空间。同时，旋转驱动的 CP-DF 虹吸阀的保留率以及最具挑战性的带宽（与实验输入参数不可避免的公差有关）需要插入实际允许的频率包络的定义间隔内。为了实现特定的设计目标，定义了一组参数化指标，这些指标必须在其实际边界内满足，同时（在数值上）最小化频域中的带宽。虽然每个 LSI 场景都需要根据数字孪生单独解决，但提出了一套定性设计规则和指导性展示结构。