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基于微流体的细胞分离-细胞分选

作者: 苏州阿尔法 编辑: 苏州阿尔法生物 来源: 阿尔法生物 发布日期: 2022.04.29
信息摘要:
微流体是一种在微米尺度上操纵流体的技术。它已在生命科学和生物学应用中得到广泛应用,通常被称为芯片实验室LOC 技术。细胞制剂被加载到微芯片上…

     微流体是一种在微米尺度上操纵流体的技术。它已在生命科学和生物学应用中得到广泛 应用,通常被称为芯片实验室LOC 技术。细胞制剂被加载到微芯片上并受到外力,外力可以根据特定的物理和生化特性对不同的细胞群进行细胞筛 -。微型制造的通道、腔室和阀门构成了这些微流控细胞分选系统的核心机械 。与 荧光激活细胞分选FACS) 磁激活细胞分选 (MACS)  等传统细胞分选工具相比,微流控细胞分选的主要区别在于

· 具有快的分拣率和高的产量

· 简单的操作程序、便携性和低的成本

· 降低生物危害风险

· 提高分选样品的纯度

微流体技术的小尺寸使其容易操作细胞并实现快速检测,从而使其适合原位测试。微流体或 LOC 设备能够集成以及小型化多个实验室程序,这在不断发展的生物医学和生物技术转化研究中是非常理想的。微流控分选在分离用于生物医学和临床应用的高纯度细胞方面具有巨大潜力。目前,与 FACS 集成的微流控装置用于分离干细胞、淋巴细胞和循环肿瘤细胞 (CTC)。微流体分选可以分为两种方式。

· 主动或被动——主动分选使用某种外力场(如电场或磁场)来分离细胞。另一方面,被动分选依赖于细胞质量或密度,需要重力或一些机械力来分选不同的细胞。

 微流体

1.主要微流体原理的示意图 - a) 流体动力学,b) 声学,c) 电泳,d) 光学,e) 磁泳,f) 过滤 。

     标记或未标记——细胞可以根据其固有特性进行分类,例如红细胞的血红蛋白含量使其具有固有的顺磁性,可用于在合适的磁场中将红细胞与其他细胞类型分开。另一种方法是使用带有针对特定细胞抗原的合适标签的抗体——这种方法通常是 FACS MACS 技术的微型版本。

方法

分离原理

靶细胞

主要优势

流体力学

升力和阻力的平衡

白细胞、红细胞、癌细胞

- 可以分离大量细胞

声学

初级声辐射力

白细胞、红细胞、血小板

- 非接触式,因此对细胞膜的破坏较小 - 高通量

电泳

带电细胞在电场中的运动

中性粒细胞、血小板

- 非接触式 - 可以分离活细胞和死细胞

磁泳

磁场中磁性标记细胞的运动

红细胞、癌细胞

- 非接触式 - 高吞吐量

光学的

光散射力

酵母细胞

- 高分辨率

微过滤

通过微孔细胞筛进行尺寸依赖性过滤

血细胞、癌细胞

- 高吞吐量

1。细胞分离的微流体方法总结

水动力分选

流体动力——由移动流体产生的力——被用于几个微流体设备中,以被动地根据细胞大小对细胞进行分类。这些装置由直的、螺旋的或弯曲的微通道组成,细胞悬浮液被注入其中,然后由于流体运动施加的惯性和阻力而分馏。当流体流过细胞表面(以及通道壁)时,它会对细胞施加惯性升力;这通过阻力或流体摩擦来抵消,阻力或流体摩擦作用与物体相对于周围流体的相对运动相反。通过顺序收缩和扩大通道直径来产生和控制升力和阻力。细胞的尺寸越大,移动细胞所需的升力越大;。

声学分选

声泳是指物体在超声波产生的声压梯度中的运动。声学微流体装置已被开发用于基于细胞的不同特性(如大小、密度、荧光等)通过以下类型的声波之一对细胞进行时空操作:

· 体声驻波当微流体通道被超声激发到共振时,会发生体声驻波,在该共振处,应用的波长与微流体通道的空间尺寸相匹配。该声力的大小与细胞体积成正比,而该力的方向取决于细胞和流体密度。

· 表面声驻波根据 SSAW 原理运行的设备使用安装在通道两壁上的叉指换能器沿通道底部形成驻波。

· 行进声波这些是在流体表面发出并在换能器的帮助下传播到微流体腔的非驻表面声波。

电泳分选

这些技术涉及电场的应用,该电场导致细胞基于其表面电荷迁移这种方法在原理上与 FACS 相似,因为它对气溶胶液滴充电以进行静电分选。电动机制有 3 种类型:

· 电泳在均匀电场中,在直流电 (DC) 的影响下,粒子或细胞向带相反电荷的电极移动构成了电泳的基础。大多数电池都带有轻微的负电荷,因此会迁移到正极。此外,用于标记细胞的荧光或磁性探针也对电场有反应,因此可用于通过表面电荷分离细胞。

· Di-electrophoresis (DEP) – DEPDEPArray 技术,是指细胞在非均匀电场中的运动,因为它们对交流电 (AC) 具有极-化性。不是表面电荷,而是细胞相对于液体的电渗透性决定了对 AC 的响应。细胞的相对渗透性取决于细胞的大小和其他特性在微流体规模上,通过将电极定位在分拣通道的位置来施加电泳力。

· 电渗电渗流是指由于流体中溶剂化离子的电诱导迁移而引起的流体运动。这种方法减轻了施加连续电流的潜在不利影响,例如产生气溶胶或 2 O 2等细胞毒性副产物。

磁泳分选

细胞可以在磁场中通过其电磁特性进行分类无论是在富含铁的红细胞的情况下固有的还是通过磁性纳米珠包被的特异性抗体。通过前者的磁性特征将一种细胞类型与异质群体分离需要简单的芯片设计,其中使用铁磁镍线设置磁梯度。几个种群的高通量分类需要更复杂的微流体装置;它们都具有中央流动通道的典型设计,该通道分为几个垂直的梳状侧通道,配有不同(场)强度的磁铁。细胞与磁珠包被的抗体一起孵育不同的目标群体分别用不同大小的珠子标记。磁性颗粒的尺寸越大,偏转它们所需的磁场强。所以,根据它们携带的颗粒大小和通道磁场强度,可以将这些多个种群分类到不同的侧通道中。

光学分选

细胞的光学操作和分选需要聚焦的激光束,由于细胞与其周围流体的折射率之间存在差异,该激光束可以捕获细胞。折射率的差异导致光散射,将细胞推离光源;同时,辐射压力的梯度将细胞吸引到高强度或大聚焦点。当梯度克服光散射时,细胞向MAX值移动并被困在光镊中。光学分选原理已被用于在小型化规模上调整 FACS。微流控光镊装置也被设计用于高精度单细胞分离。不同的光镊可以根据细胞大小、荧光强度和激光功率来分离细胞。

微滤

微滤是一种全被动的分选程序,它利用细胞大小及其通过或不通过微孔的能力。小于孔的细胞可以过滤并收集在微孔中,而较大的细胞则被捕获在筛子中,例如,40μm 细胞过滤器细胞筛 。微过滤装置被设计成通过使用不同目标尺寸的微孔阵列一次对多个种群进行分类。此外,可以通过用带有密度珠标记的特定抗体标记不同的细胞群来提高此过程的准确度


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