本書從微流控芯片的結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對細胞分析的實際應(yīng)用，系統(tǒng)地總結(jié)了微流控芯片細胞分析中所涉及的芯片設(shè)計與制作、細胞分選與識別、細胞培養(yǎng)與觀察、細胞遷移、細胞分析與單細胞分析、微流控芯片與質(zhì)譜的聯(lián)用技術(shù)等基礎(chǔ)與前沿知識。內(nèi)容涵蓋了：微流控的發(fā)展歷史，微流控芯片的設(shè)計與制作，微流控細胞培養(yǎng)與微環(huán)境構(gòu)建，微流控細胞操控技術(shù)，微流控單細胞分析，開放式微流體細胞分析，微流控細胞遷移研究，微流控液滴制備方法與應(yīng)用，單液滴單細胞分析，微流控芯片質(zhì)譜聯(lián)用細胞分析，研究進展等等內(nèi)容，適合化學、生物、材料、儀器儀表、醫(yī)藥等專業(yè)的高年級本科生和研究生閱讀，也適合于從事微流控細胞分析研究的科研工作人員參考使用。
林金明，清華大學化學系，教授，博導，清華大學化學系教授，博士生導師， 1992-2002年在日本留學和工作，1997年3月獲得日本東京都立大學工學博士學位，同年留校任教。2000年入選中國科學院“百人計劃”，受聘中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員，博士生導師，環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室副主任。2001年獲得國家杰出青年科學基金，2004年入選清華大學“百人引進”，2008年受聘教育部長江學者特聘教授，2008-2014年擔任清華大學分析中心主任、化學系副系主任，目前擔任微量分析測試與儀器研制北京市重點實驗室主任。2014年入選英國皇家化學會會士。目前主要從事微流控芯片質(zhì)譜聯(lián)用細胞分析、空氣負離子制備與應(yīng)用、化學發(fā)光免疫分析的研究。在Angew. Chem.、Adv. Sci.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、J. Chromatogr. A等期刊發(fā)表研究論文400余篇，授權(quán)專利30項，并在專利基礎(chǔ)上研制成功多款儀器設(shè)備，得到普及推廣。目前兼任中國化學會監(jiān)事會監(jiān)事、分析化學專業(yè)委員會副主任、質(zhì)譜分析專業(yè)委員會副主任，中國藥學會藥物分析專業(yè)委員會副主任委員，中國分析測試協(xié)會常務(wù)理事等多種學術(shù)委員會委員。Trends in Analytical Chemistry責任編輯，Journal of Advanced Research、Luminescence、J. Pharm. Anal.、Chinese Chemical Letters、《質(zhì)譜學報》和《分析試驗室》等期刊副主編�！端幬锓治鲭s志》、《分析化學》、Sci. Rep.、Talanta、Anal. Chim. Acta、Science China Chemistry等多種國內(nèi)外期刊編委。
第1章 緒論 001
1.1 細胞分析 001
1.1.1 細胞的發(fā)現(xiàn) 001
1.1.2 細胞培養(yǎng)與觀察 003
1.1.3 細胞組分分析 005
1.1.4 細胞研究的挑戰(zhàn)與機遇 007
1.2 微流控芯片 007
1.2.1 基本概念 007
1.2.2 發(fā)展歷史 008
1.2.3 微尺度下流體的基本特征 010
1.2.4 微流控芯片應(yīng)用領(lǐng)域 011
1.3 微流控細胞分析 012
1.3.1 發(fā)展過程 012
1.3.2 微流控芯片的細胞培養(yǎng) 015
1.3.3 單細胞分析 017
1.4 微流控細胞分析發(fā)展趨勢 018
參考文獻 019
思考題 021
第2章 微流控芯片的設(shè)計與制作 022
2.1 概述 022
2.2 芯片材料 023
2.2.1 無機材料 023
2.2.2 硅彈性體材料 024
2.2.3 熱固性與熱塑性材料 026
2.2.4 凝膠材料 027
2.2.5 紙基材料 028
2.2.6 雜化材料 029
2.3 芯片制作方法 030
2.3.1 標準光刻法 030
2.3.2 軟光刻法 034
2.3.3 聚焦離子束加工法 035
2.3.4 電子束光刻法 036
2.3.5 三維打印技術(shù) 037
2.3.6 芯片制作環(huán)境要求 039
2.4 功能單元的集成 039
2.4.1 微泵和微閥 039
2.4.2 細胞培養(yǎng)單元 040
2.4.3 芯片離心裝置 040
參考文獻 042
思考題 043
第3章 微流控細胞培養(yǎng)與微環(huán)境構(gòu)建 045
3.1 概述 045
3.2 細胞培養(yǎng) 046
3.2.1 二維培養(yǎng) 046
3.2.2 三維培養(yǎng) 048
3.2.3 靜態(tài)培養(yǎng) 049
3.2.4 動態(tài)培養(yǎng) 053
3.2.5 細胞共培養(yǎng) 057
3.3 微環(huán)境構(gòu)建 058
3.3.1 物理因素作用 058
3.3.2 化學因素作用 058
3.3.3 細胞與細胞間相互作用 059
3.3.4 細胞與細胞外基質(zhì)間相互作用 061
3.4 總結(jié)與展望 062
參考文獻 063
思考題 068
第4章 微流控細胞操控技術(shù) 069
4.1 概述 069
4.2 細胞分選 070
4.2.1 磁方法 070
4.2.2 電方法 071
4.2.3 光方法 074
4.2.4 聲方法 075
4.2.5 流體動力學方法 077
4.2.6 大小和可變形性 079
4.3 細胞捕獲 080
4.3.1 抗體親和識別 080
4.3.2 核酸適配體識別 081
4.3.3 微結(jié)構(gòu)捕獲 081
4.4 細胞處理 082
4.4.1 細胞裂解 082
4.4.2 細胞配對和融合 085
4.4.3 細胞膜穿孔 086
4.5 總結(jié)與展望 088
參考文獻 088
思考題 090
第5章 微流控單細胞分析 091
5.1 概述 091
5.1.1 單細胞分析與微流控 091
5.1.2 單細胞分析技術(shù)發(fā)展歷程 093
5.2 單細胞分離 096
5.2.1 微閥門技術(shù) 096
5.2.2 微孔和微壩 096
5.2.3 流體動力分離 097
5.2.4 介電泳 098
5.2.5 液滴法 098
5.3 單細胞裂解 099
5.3.1 化學法 099
5.3.2 機械法 100
5.3.3 電裂解法 100
5.3.4 激光法 101
5.3.5 熱裂解法 102
5.4 單細胞檢測分析 102
5.4.1 光學分析 102
5.4.2 電化學分析 104
5.4.3 質(zhì)譜分析 105
5.5 總結(jié)與展望 107
參考文獻 107
思考題 114
第6章 開放式微流控細胞分析 116
6.1 概述 116
6.2 開放式微流控的基本概念 116
6.3 活體單細胞提取器 117
6.3.1 基本原理 117
6.3.2 計算流體力學模擬 118
6.3.3 單細胞提取異質(zhì)性分析 118
6.3.4 單細胞水平上細胞黏附強度與細胞活性關(guān)聯(lián)性分析 120
6.4 單個循環(huán)腫瘤細胞在內(nèi)皮細胞層上的黏附分析 121
6.4.1 細胞-細胞黏附分析測量原理 121
6.4.2 計算流體力學模擬 122
6.4.3 循環(huán)腫瘤細胞在內(nèi)皮細胞層上的黏附分析 123
6.4.4 藥物對細胞-細胞黏附的影響 124
6.5 微流體細胞切割刀技術(shù) 126
6.5.1 基本原理 126
6.5.2 計算流體力學模擬 127
6.5.3 細胞切割與損傷修復 128
6.5.4 細胞器傳輸速度測定 128
6.6 總結(jié)與展望 130
參考文獻 130
思考題 130
第7章 微流控細胞遷移研究 132
7.1 概述 132
7.2 細胞遷移研究的傳統(tǒng)方法 133
7.2.1 細胞劃痕法 133
7.2.2 培養(yǎng)插入法 134
7.2.3 電阻抗傳感法 135
7.2.4 Boyden小室法/Transwell法 136
7.3 微流控芯片在細胞遷移中的應(yīng)用 137
7.3.1 趨化性 137
7.3.2 趨電性 140
7.3.3 趨觸性 142
7.4 總結(jié)與展望 143
參考文獻 143
思考題 145
第8章 微流控液滴制備方法與應(yīng)用 146
8.1 概述 146
8.1.1 液滴的基本概念 147
8.1.2 液滴的功能與主要特征 147
8.1.3 液滴生成原理 148
8.2 微流控液滴制備方法 149
8.2.1 T形交叉結(jié)構(gòu)法 149
8.2.2 聚焦流結(jié)構(gòu)法 149
8.2.3 同流結(jié)構(gòu)法 150
8.2.4 其他方法 150
8.3 液滴微流體的生物醫(yī)學應(yīng)用 154
8.3.1 細胞載體 154
8.3.2 細胞包封 154
8.3.3 細胞培養(yǎng) 156
8.3.4 細胞冷凍、復蘇、釋放 157
8.4 單細胞研究 158
8.4.1 單細胞包封與培養(yǎng) 159
8.4.2 單細胞分選 159
8.4.3 單細胞分析檢測 160
8.5 組織工程 161
8.5.1 類器官 161
8.5.2 可注射療法 162
8.5.3 干細胞治療 163
8.6 總結(jié)與展望 164
參考文獻 165
思考題 167
第9章 液滴單細胞分析 169
9.1 概述 169
9.1.1 單細胞基因組和轉(zhuǎn)錄組分析 170
9.1.2 單細胞蛋白質(zhì)分析 170
9.1.3 單細胞代謝分析 170
9.2 液滴的形成 171
9.2.1 噴墨打印技術(shù) 171
9.2.2 芯片上的液滴制備技術(shù) 174
9.3 單細胞封裝 176
9.3.1 被動封裝法 177
9.3.2 主動封裝法 178
9.4 液滴單細胞質(zhì)譜分析 178
9.4.1 單細胞脂質(zhì)分析 179
9.4.2 單細胞代謝物分析 180
9.4.3 單細胞蛋白質(zhì)分析 181
9.5 總結(jié)與展望 181
參考文獻 182
思考題 183
第10章 微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用細胞分析 184
10.1 概述 184
10.2 質(zhì)譜儀 ESI 接口 185
10.2.1 芯片直接噴口 186
10.2.2 芯片外接接口 187
10.2.3 一體化接口 187
10.3 質(zhì)譜儀 MALDI 接口 188
10.4 芯片中細胞樣品的預處理 189
10.4.1 微萃取芯片的制作 190
10.4.2 MEC芯片的萃取效果 192
10.5 微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用 193
10.6 總結(jié)與展望 194
參考文獻 195
思考題 197
第11章 微流控芯片上微生物的研究技術(shù) 199
11.1 概述 199
11.2 微生物的培養(yǎng)方式 200
11.2.1 微生物的特點 200
11.2.2 微生物培養(yǎng)基的選擇 200
11.2.3 微生物接種方式 201
11.2.4 微生物生長的影響因素 201
11.3 基于微流控技術(shù)研究細菌的基本方法 202
11.3.1 通道內(nèi)培養(yǎng) 202
11.3.2 微室內(nèi)培養(yǎng) 203
11.3.3 凝膠液滴包裹 204
11.3.4 微流控培養(yǎng)的優(yōu)勢 204
11.4 微生物與微流控技術(shù)聯(lián)用的應(yīng)用 205
11.4.1 微生物培養(yǎng)與鑒定 205
11.4.2 抗藥性檢測 206
11.4.3 毒性檢測 206
11.4.4 癌癥檢測與治療 207
11.4.5 微生物燃料電池 207
11.4.6 食品安全 208
11.5 總結(jié)與展望 208
參考文獻 209
思考題 210
第12章 微流控芯片上組織/器官模擬 212
12.1 概述 212
12.2 器官芯片的特點 213
12.3 器官芯片的構(gòu)建方法 214
12.4 器官芯片的類型 215
12.4.1 肝 215
12.4.2 腸 217
12.4.3 肺 218
12.4.4 血管 218
12.4.5 腎 219
12.4.6 腦 220
12.4.7 多器官芯片 221
12.4.8 全組織芯片 222
12.5 器官芯片在藥代動力學研究中的應(yīng)用 223
12.6 總結(jié)與展望 224
參考文獻 225
思考題 226
第13章 微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用細胞分析儀的應(yīng)用 227
13.1 概述 227
13.2 儀器性能與特點 228
13.2.1 微流控通道細胞培養(yǎng)芯片 228
13.2.2 微注射裝置 229
13.2.3 細胞培養(yǎng)單元與顯微觀察 230
13.2.4 細胞進樣與代謝物提取 230
13.2.5 色譜預處理與分離單元 230
13.2.6 質(zhì)譜檢測單元 233
13.2.7 軟件控制單元 233
13.3 儀器操作步驟 235
13.3.1 芯片制作 235
13.3.2 細胞培養(yǎng) 235
13.3.3 培養(yǎng)基注入 235
13.3.4 色譜分離 236
13.3.5 質(zhì)譜檢測 236
13.4 儀器應(yīng)用 236
13.4.1 細胞缺氧分析 236
13.4.2 25-羥基維生素D3的生物轉(zhuǎn)化 237
13.4.3 酸性微環(huán)境中7-羥基香豆素代謝 239
13.5 儀器的應(yīng)用前景 241
參考文獻 242
思考題 244
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