第1章 微流控芯片的设计和制作 1
1.1引言 1
1.2微流控芯片制作材料的发展 4
1.2.1无机材料在芯片制作中的应用 5
1.2.2硅弹性体材料 8
1.2.3热固性与热塑性塑料 9
1.2.4凝胶材料 10
1.2.5纸基微流控芯片 11
1.2.6杂化材料 13
1.3芯片制作方法 14
1.3.1软光刻法 14
1.3.2广义纳米尺度通道技术 15
1.3.3三维打印技术 16
1.4微流控芯片功能结构单元的集成 18
1.4.1流体操控：微泵、微阀和混合器 19
1.4.2浓度梯度产生器 20
1.4.3细胞培养单元 22
1.4.4芯片集成生物传感器 23
1.4.5微流控离心装置 24
1.5总结与展望 25
1.5.1床边诊断 26
1.5.2可植入设备 27
1.5.3智能移动设备 28
参考文献 30
第2章 微流控芯片上细胞分析的研究进展 37
2.1引言 37
2.2细胞培养 38
2.2.1三维细胞培养 38
2.2.2细胞共培养 39
2.2.3芯片上的组织／器官 41
2.3细胞操控 42
2.3.1基于微结构的细胞操控 42
2.3.2自由流细胞操控 42
2.3.3电动力细胞操控 43
2.4细胞刺激 45
2.4.1流体控制 45
2.4.2梯度产生 46
2.4.3机械力刺激 48
2.5细胞分析 50
2.5.1样品准备 50
2.5.2样品分析 57
2.6结论与展望 66
参考文献 67
第3章 微流控细胞分选与识别技术在生物医学中的应用 77
3.1引言 77
3.2基于物理方法的微流控细胞分选技术 78
3.2.1基于精细微结构的芯片用于细胞捕获 78
3.2.2基于微流控芯片流体力学的细胞分离方法 79
3.2.3基于表面声波的微流控细胞分选技术 81
3.2.4基于介电电泳的微流控细胞分选技术 82
3.3基于生物亲和的微流控细胞分选技术 83
3.3.1基于抗体亲和识别的细胞分选技术 83
3.3.2基于核酸适配体的特异性细胞捕获技术 84
3.3.3基于生物纳米界面的细胞捕获技术 85
3.4微流控细胞分选与识别在生物医学中的应用研究 86
3.4.1血液循环肿瘤细胞分离、识别与分析 86
3.4.2微流控细胞分选技术在细胞生化分析中的应用 88
3.4.3微流控细胞分选技术在干细胞分离与纯化中的应用 88
3.5结论与展望 90
参考文献 91
第4章 基于微流控芯片的细胞培养和观察 95
4.1引言 95
4.2细胞培养类型 95
4.2.1二维培养 95
4.2.2三维培养 96
4.3细胞排布 98
4.4细胞微环境的控制 100
4.4.1物理因素梯度 102
4.4.2化学因素梯度 102
4.4.3细胞-细胞及细胞-细胞外基质间相互作用 104
4.5适用于微流控装置的非破坏性观察方法 105
4.5.1光学相关方法 106
4.5.2电化学相关方法 108
4.6微流控在细胞生物学中的应用 109
4.6.1信号转导 109
4.6.2基因表达 110
4.6.3干细胞分化 111
4.7展望 112
参考文献 113
第5章 微流控芯片上的细胞迁移研究 119
5.1引言 119
5.2基于微流控芯片的趋化性研究 122
5.2.1基于微流控芯片的梯度发生器 123
5.2.2基于对流和扩散的细胞趋化性研究 131
5.3基于微流控芯片的趋电性研究 134
5.3.1基于单电场微流控芯片的趋电性研究 135
5.3.2基于多电场微流控芯片的趋电性研究 136
5.4结论 137
参考文献 137
第6章 微流控芯片结合生物材料用于细胞培养和分析 142
6.1引言 142
6.2构建微流控芯片材料 142
6.2.1无机材料 142
6.2.2聚合物材料 144
6.2.3凝胶和纸材料 147
6.3细胞培养 149
6.3.1平面细胞培养 149
6.3.2三维细胞培养 152
6.4器官芯片 158
6.5芯片上细胞微环境的模拟和操控 161
6.6芯片上的细胞观察 162
6.6.1细胞富集 163
6.6.2细胞成像 164
6.7芯片上的细胞分析 166
6.7.1群体细胞分析 166
6.7.2单细胞分析 168
6.7.3微流控-质谱联用技术 169
6.8小结 172
参考文献 173
第7章 基于液滴的微流控细胞分析 177
7.1引言 177
7.2液滴生成原理 180
7.2.1界面张力 181
7.2.2无量纲数 182
7.3液滴生成方法 182
7.3.1 T形交叉结构法 183
7.3.2聚焦流结构法 184
7.3.3同流结构法 184
7.3.4其他方法 184
7.4液滴微流控分析方法 185
7.4.1荧光法 185
7.4.2质谱法 187
7.4.3电化学检测法和毛细管电泳法 189
7.4.4其他检测方法 189
7.5单细胞分析 190
7.5.1单细胞包裹 190
7.5.2液滴分选 192
7.5.3单细胞蛋白分析 194
7.5.4单细胞PCR 195
7.6细胞操控 197
7.7结论与展望 200
参考文献 200
第8章 微流控技术下的单细胞分析 207
8.1引言 207
8.1.1芯片实验室的诞生 207
8.1.2单细胞分析与微流控技术 207
8.2生物组织解离 208
8.2.1传统生物组织解离方法 208
8.2.2基于微流控芯片的生物组织解离方法 209
8.3细胞分选 210
8.3.1传统细胞分选方法 210
8.3.2基于微流控技术的细胞分选方法 211
8.3.3微流控细胞分选的未来展望 216
8.4单细胞提取 217
8.4.1传统方法 217
8.4.2基于微流控系统的方法 218
8.5单细胞裂解 221
8.5.1传统方法 221
8.5.2基于微流控系统的方法 222
8.6单细胞分析检测 225
8.6.1单细胞荧光成像 225
8.6.2单细胞电化学分析 226
8.6.3单细胞质谱分析 226
8.7展望 226
参考文献 227
第9章 微流控芯片-质谱在细胞分析中的应用 231
9.1引言 231
9.2质谱仪接口 232
9.2.1 ESI接口 232
9.2.2 MALDI接口 235
9.3芯片中细胞的样品处理 236
9.3.1细胞样品预浓缩 236
9.3.2细胞样品分离 237
9.4细胞分析中的应用 238
9.4.1蛋白质组学 238
9.4.2代谢组学 239
9.4.3糖组学 240
9.4.4单细胞分析 241
9.5结论与展望 242
参考文献 243
第10章 微流控芯片上的生化分析技术及其应用 247
10.1引言 247
10.2微流控芯片上的生化分析技术 247
10.2.1光学检测 247
10.2.2电力控制 250
10.2.3磁力操控 252
10.2.4表面声波 254
10.3应用 256
10.3.1基因分析 256
10.3.2蛋白质检测 259
10.4结论与展望 261
参考文献 262
第11章 微流控芯片上药物研究进展 266
11.1引言 266
11.2微流控芯片 266
11.2.1基于细胞的微流体模型系统 267
11.2.2微流控芯片3D细胞培养 268
11.2.3器官芯片 270
11.2.4全组织芯片 278
11.3芯片-质谱平台 280
11.4药物研究中的应用 281
11.4.1药物递送 281
11.4.2药物代谢与毒性 281
11.4.3口服药物药代动力学系统 282
11.4.4药物-液滴技术 283
11.5挑战与前景 285
参考文献 286
第12章 微流控芯片上细胞代谢物的研究 290
12.1引言 290
12.2微流控平台上细胞的培养 292
12.2.1微流控技术在细胞培养中的应用 292
12.2.2微流控技术在细胞微环境研究中的应用 297
12.3基于微流控技术的细胞代谢物分离和检测方法 301
12.3.1基于微流控技术的细胞代谢物分离方法 301
12.3.2细胞代谢物检测系统 304
12.4应用 309
12.4.1临床诊断 309
12.4.2药物研究和开发 310
12.4.3毒理学研究 311
12.5展望 312
参考文献 312
第13章 基于微流控技术的微生物学研究 315
13.1微生物与微流控技术的前世今生 315
13.2微生物及其培养方式的特点 317
13.2.1传统的研究分析方法 317
13.2.2微流控培养的新方法 317
13.3基于微流控技术研究细菌的基本方法 319
13.3.1通道内培养 319
13.3.2微室内培养 321
13.3.3琼脂包裹 321
13.4单细胞研究 322
13.5微生物与微流控技术联用的应用 324
13.5.1基础科学 324
13.5.2抗药性检测 325
13.5.3毒性检测 327
13.5.4癌症监测与治疗 327
13.5.5微生物燃料电池 328
13.5.6食品安全 330
13.6机遇与挑战 331
参考文献 332