摘要:组织培养物(尤其是脑类器官)的分析需要高度的协调、测量和监控。我们开发了一个自动化研究平台,使独立设备能够实现反馈驱动的细胞培养研究的协作目标。通过物联网 (IoT) 架构统一,我们的方法能够实现各种传感和驱动设备之间的持续通信交互,实现对体外生物实验的精确定时控制。该框架集成了微流体、电生理学和成像设备,以维持大脑皮层类器官并监测其神经元活动。类器官在定制的 3D 打印腔室中培养,这些腔室连接到商用微电极阵列以进行电生理学监测。使用可编程微流体泵实现定期进料。我们开发了计算机视觉液体体积估计方法,可实现高精度的抽吸培养基,并使用反馈来纠正培养基进料/抽吸循环期间微流体灌注的偏差。我们通过对小鼠大脑皮层类器官进行为期 7 天的研究验证了该系统,比较了手动和自动协议。自动化实验样本在整个实验过程中保持了强劲的神经活动,与对照样本相当。自动化系统可以每小时进行一次电生理记录,揭示了神经元放电率的显著时间变化,而这种变化在每天一次的记录中是观察不到的。
石墨烯场效应晶体管(GFET)由于其在生物分子信号扩增中的出色特性而被广泛用于生物传感,在临床诊断中具有高度敏感性和高温和护理测试的潜力。然而,复杂的制造步骤中的困难是GFET的进一步研究和应用的主要局限性。在这项研究中,引入了一种模块化制造技术,以在3个独立的步骤内构建微流体GFET生物传感器。纳入了低熔化的金属电极和复杂的流道,以维持石墨烯的结构完整性并促进后续的感应操作。实用的GFET生物传感器具有出色的长期稳定性,并且在各种离子环境中有效地表现。它还表现出高灵敏度和选择性,可在10 FM浓度下检测单链核酸。此外,当与CRISPR/CAS12A系统结合使用时,它促进了以1 FM浓度的核酸无扩增和快速检测。因此,据信这种模块化的微流体GFET可能会揭示在各种应用中基于FET的生物传感器的进一步发展。
近年来,基于微流体的纳米级药物输送系统已在精密纳米医学领域的突出。这一有趣的创新可以在严重疾病作为创伤性脑损伤的治疗中提供独特的治疗前景,这是一种潜在的致命疾病,在儿童时期很普遍。根据当前的科学研究,神经营养蛋白对于损伤的脑实质的愈合至关重要,尤其是脑衍生的神经营养因子(BDNF)可能具有显着的再生作用。为了解决与BDNF相关的药代动力学约束,进行了微流体辅助的BDNF负载固体脂质脂质纳米颗粒(BDNF-SLNS)的制造,并进行了评估后,配方表明,配方表明了最佳特征(190.3±10.1 nm),0.1 nm),pdi(0.1 nm),pdi(0.1 nm),0.180±0.180 @ - 优势( - 39.2±1.30 mV)。短期稳定性研究和溶血测定法验证了配方的生物相容性,而体外通透性分析显示,与9.31x10-6 cm/s相比,相比,包裹的BDNF(1.27x10 - 5 cm/s)的PAPP增加了。与普通的BDNF相比,使用BDNF-SLNS的基因产生和NOS mRNA水平的下降表明,与普通BDNF相比,降低了降低,从而证实了微富集型药物递送系统的熟练程度,作为先验和有价值的生物递送方法。
。cc-by-nc-nd 4.0国际许可证(未经同行评审证明)获得的是作者/资助者,他授予Biorxiv授予Biorxiv的许可,以永久显示预印本。这是该版本的版权持有人,该版本于2024年3月13日发布。 https://doi.org/10.1101/2024.03.11.584506 doi:Biorxiv Preprint
I.执行摘要财团:Corvallis Microfluidics Technology Hub(COLMIC)www.cormictechhub.org关键技术焦点区域(KTFAS):高性能计算,高级能源技术,高级材料,高级材料和制造业,生物技术。公共技术平台:微流体,其中硅或其他材料中的微观通道携带少量液体用于热分布,分配,混合或分析。地理边界:科瓦利斯,俄勒冈州的小城市统计区(MSA)与MSA合作伙伴(波特兰 - 南通 - 希尔斯伯勒,奥尔 - 瓦勒;塞勒姆;或; eugene-springfield,或; eugene-springfield,or and; and and; and and and and and and and and and and and and and and; and; eugene-springfield,and and and and and and and and and; eugene-springfield,and and and and and and obaly MSA,奥尔巴尼 - 黎巴嫩,奥尔巴尼 - 黎巴嫩和美国土著社区。为什么要微流体?微流体将推动生长并创造半导体冷却(降低温度并提高综合电路的性能),连续流动处理(化学合成以降低成本,可持续提高新材料)和生物技术(以革新诊断,治疗和药物开发革命))。为什么Corvallis?四家大型区域公司(HP,英特尔,NVIDIA,Thermo Fisher Scientific)加入了Cormic,因为微流体对其期货至关重要。此外,俄勒冈州的硅森林围绕着科瓦利斯(Corvallis),波特兰是美国半导体制造业中最集中的基因座。俄勒冈州立大学(OSU),俄勒冈大学(UO)和俄勒冈州健康与科学大学(OHSU)的联合学术企业将促进专业知识,创新,初创企业和多样化的劳动力。为什么现在?谁会受益?半导体行业正在突然过渡到综合电路(ICS)的液体冷却。连续流动加工(CFP)正在取代化学和制药行业中的分批加工,从而加速发现具有相关经济和环境优势的新材料。生命科学研究人员已经证明了许多微流体设备,这些设备预示了诊断和治疗方面的革命性进步。但是,商业化需要进一步的创新。我们估计,到2033年,科尔米奇将创造5,000至12,000个工作岗位,在农村服务,服务不足的俄勒冈地区的就业率很大,女性和有色人种的就业率低于平均水平。
1 Broer,S。&Gauthier-Coles,G。哺乳动物细胞中的氨基酸稳态,重点是氨基酸转运。J Nutr 152,16-28(2022)。https://doi.org:10.1093/jn/nxab342 2 Blau,N.,Duran,M.,Gibson,K。M.&Dionisi-Vici,C。遗传代谢疾病的诊断,治疗和随访的医生指南。3-141(Springer-Verlag,2014年)。 3 Holecek,M。为什么饥饿和糖尿病中分支链氨基酸会增加? 营养12(2020)。 https://doi.org:10.3390/nu12103087 4 White,P。J.等。 胰岛素作用,2型糖尿病和分支链氨基酸:一条双向街道。 mol Metab,101261(2021)。 https://doi.org:10.1016/j.molmet.2021.101261 5 Palacin,M。&Broer,S。在医师的诊断,治疗和随访的医师指南中(B.Thorn,M。Duran,M。Duran,K.M.M.M. Gibson和C. Dionisi-Vici)85-99(Springer-Verlag,2014年)。 6 Seow,H。F.等。 hartnup疾病是由编码中性氨基酸转运蛋白SLC6A19的基因突变引起的。 nat Genet 36,1003-1007(2004)。 https://doi.org:10.1038/ng1406 7 Belanger,A。M.等。 抑制中性氨基酸转运以治疗苯酮尿症。 JCI Insight 3(2018)。 https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。 在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。 遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。 https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。3-141(Springer-Verlag,2014年)。3 Holecek,M。为什么饥饿和糖尿病中分支链氨基酸会增加?营养12(2020)。https://doi.org:10.3390/nu12103087 4 White,P。J.等。 胰岛素作用,2型糖尿病和分支链氨基酸:一条双向街道。 mol Metab,101261(2021)。 https://doi.org:10.1016/j.molmet.2021.101261 5 Palacin,M。&Broer,S。在医师的诊断,治疗和随访的医师指南中(B.Thorn,M。Duran,M。Duran,K.M.M.M. Gibson和C. Dionisi-Vici)85-99(Springer-Verlag,2014年)。 6 Seow,H。F.等。 hartnup疾病是由编码中性氨基酸转运蛋白SLC6A19的基因突变引起的。 nat Genet 36,1003-1007(2004)。 https://doi.org:10.1038/ng1406 7 Belanger,A。M.等。 抑制中性氨基酸转运以治疗苯酮尿症。 JCI Insight 3(2018)。 https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。 在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。 遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。 https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。https://doi.org:10.3390/nu12103087 4 White,P。J.等。胰岛素作用,2型糖尿病和分支链氨基酸:一条双向街道。mol Metab,101261(2021)。https://doi.org:10.1016/j.molmet.2021.101261 5 Palacin,M。&Broer,S。在医师的诊断,治疗和随访的医师指南中(B.Thorn,M。Duran,M。Duran,K.M.M.M.Gibson和C. Dionisi-Vici)85-99(Springer-Verlag,2014年)。6 Seow,H。F.等。 hartnup疾病是由编码中性氨基酸转运蛋白SLC6A19的基因突变引起的。 nat Genet 36,1003-1007(2004)。 https://doi.org:10.1038/ng1406 7 Belanger,A。M.等。 抑制中性氨基酸转运以治疗苯酮尿症。 JCI Insight 3(2018)。 https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。 在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。 遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。 https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。6 Seow,H。F.等。hartnup疾病是由编码中性氨基酸转运蛋白SLC6A19的基因突变引起的。nat Genet 36,1003-1007(2004)。https://doi.org:10.1038/ng1406 7 Belanger,A。M.等。 抑制中性氨基酸转运以治疗苯酮尿症。 JCI Insight 3(2018)。 https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。 在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。 遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。 https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。https://doi.org:10.1038/ng1406 7 Belanger,A。M.等。抑制中性氨基酸转运以治疗苯酮尿症。JCI Insight 3(2018)。https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。 在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。 遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。 https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。https://doi.org:10.1172/jci.insight.121762 8 Belanger,A。J.等。在鸟氨酸经钙化酶缺乏的小鼠模型中,过量的氮和通过损失SLC6A19的存活增加。遗传代谢疾病杂志N/A(2022)。https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。https://doi.org:https://doi.org/10.1002/jimd.12568 9 Jiang,Y。等。缺乏中性氨基酸转运蛋白B(0)AT1(SLC6A19)的小鼠的FGF21和GLP-1水平升高并改善了血糖控制。MOL METAB 4,406-417(2015)。 https://doi.org:10.1016/j.molmet.2015.02.003 10 Yadav,A。等。 新型化学支架抑制中性氨基酸转运蛋白B(0)AT1(SLC6A19),这是治疗代谢疾病的潜在靶标。 前药11,140(2020)。 https://doi.org:10.3389/fphar.2020.00140MOL METAB 4,406-417(2015)。https://doi.org:10.1016/j.molmet.2015.02.003 10 Yadav,A。等。 新型化学支架抑制中性氨基酸转运蛋白B(0)AT1(SLC6A19),这是治疗代谢疾病的潜在靶标。 前药11,140(2020)。 https://doi.org:10.3389/fphar.2020.00140https://doi.org:10.1016/j.molmet.2015.02.003 10 Yadav,A。等。新型化学支架抑制中性氨基酸转运蛋白B(0)AT1(SLC6A19),这是治疗代谢疾病的潜在靶标。前药11,140(2020)。https://doi.org:10.3389/fphar.2020.00140https://doi.org:10.3389/fphar.2020.00140
• SonyDADC 萨尔茨堡(制造) • Johnson and Johnson 贝尔斯威克/新不伦瑞克(研发/全球总部) • Philips 埃因霍温(研发) • IMT 瑞士(生产) • ST Microelectronics 米兰(研发) • National Panasonic 大阪(研发) • SIMTech 新加坡(研发/生产)鲁赫(研发) • Uni Twente/Micronit 恩斯赫德(研发) • UCSB/Stanford • UCSD/Illumina(总部) • Biomerieux(研发) • 中国科学院(中国) • 加州大学伯克利分校
图2用于循环肿瘤细胞(CTC)基于液体活检的基于液滴的微流体。(a)使用交叉芯片进行CTC隔离的实验设置。根据CC的条款通过许可证复制。67版权所有2019,Ribeiro -Samy等。67(b)单个细胞水平上点突变分析的流动。经许可复制。68版权2021,Elsevier。 (c)方案说明显示了基于声学液滴定位技术的多功能酶 - 响应性GNP芯片,用于捕获和释放单个CTC的需求。 经许可复制。 69版权所有2019,美国化学学会。 (d)数字WGS平台的设计和操作。 根据CC的条款复制了NC许可证。 70版权所有2019,Ruan等。 70(e)数字 - rna -seq的示意图。 经许可复制。 77版权2020,美国化学学会。 (f)基于大小的纯化和细胞的封装(SPEC),然后进行酶分泌的荧光分析。 根据PANS许可条款复制。 80版权所有2018,Dhar等。 80(g)基于虚拟液滴的SCPS平台的总体工作原理。 经许可复制。 81版权2020,Elsevier。 (H)基于配对芯片的单个细胞免疫测定的工作原理。 经许可复制。 85版权2022,美国化学学会。 根据CC的条款复制了NC许可证。68版权2021,Elsevier。(c)方案说明显示了基于声学液滴定位技术的多功能酶 - 响应性GNP芯片,用于捕获和释放单个CTC的需求。经许可复制。69版权所有2019,美国化学学会。 (d)数字WGS平台的设计和操作。 根据CC的条款复制了NC许可证。 70版权所有2019,Ruan等。 70(e)数字 - rna -seq的示意图。 经许可复制。 77版权2020,美国化学学会。 (f)基于大小的纯化和细胞的封装(SPEC),然后进行酶分泌的荧光分析。 根据PANS许可条款复制。 80版权所有2018,Dhar等。 80(g)基于虚拟液滴的SCPS平台的总体工作原理。 经许可复制。 81版权2020,Elsevier。 (H)基于配对芯片的单个细胞免疫测定的工作原理。 经许可复制。 85版权2022,美国化学学会。 根据CC的条款复制了NC许可证。69版权所有2019,美国化学学会。(d)数字WGS平台的设计和操作。根据CC的条款复制了NC许可证。70版权所有2019,Ruan等。70(e)数字 - rna -seq的示意图。经许可复制。77版权2020,美国化学学会。(f)基于大小的纯化和细胞的封装(SPEC),然后进行酶分泌的荧光分析。根据PANS许可条款复制。80版权所有2018,Dhar等。80(g)基于虚拟液滴的SCPS平台的总体工作原理。经许可复制。81版权2020,Elsevier。(H)基于配对芯片的单个细胞免疫测定的工作原理。经许可复制。85版权2022,美国化学学会。根据CC的条款复制了NC许可证。(i)使用MA芯片从患者液体活检中分离出代谢活性细胞的实验工作流程。87版权2020,Rivello等。87(j)使用滴剂 - 需求喷墨打印技术和MALDI MS的开放空间平台中基于代谢的捕获和分析肿瘤细胞的插图。经许可复制。88版权2021,美国化学学会。
摘要:微流体技术通过将流体动力学的原理与化学,物理,生物学,材料科学和微电子学的技术合并来彻底改变了装置的制造。微流体系统操纵少量的流体,以执行从化学合成到生物医学诊断的应用。低成本3D打印机的出现彻底改变了微流体系统的发展。用于测量分子,3D打印提供具有成本效益,时间和易于设计的好处。在本文中,我们提供了一个全面的设计,用于创建3D打印的微流体免疫阵列的设计,优化和验证的综合教程,以对多种蛋白质生物标志物进行超敏感性检测。目标是开发护理阵列,以确定侵袭性癌症的五个蛋白质生物标志物。设计阶段涉及定义微通道,试剂室,检测井以及优化参数和检测方法的尺寸。在这项研究中,阵列的物理设计经过了多次迭代以优化关键特征,例如开发开放式检测井以均匀的信号分布和用于覆盖测定期间孔的ap。然后,进行了完全信号优化,以实现灵敏度和检测极限(LOD),并生成校准图以评估线性动态范围和LOD。生物标志物之间的特征变化强调了对量身定制的测定条件的需求。尖峰恢复研究确认了测定的准确性。总的来说,本文展示了设计3D打印的微流体免疫阵列所涉及的方法,严格和创新。优化的参数,校准方程以及灵敏度和准确性数据为生物标志物分析中的未来应用贡献了有价值的指标。
作者的完整列表:沉,Yingnan;普渡大学(Purdue University),机械工程Gwak,Hogeeong;普渡大学(Purdue University),机械工程汉(Bumsoo);普渡大学,机械工程