集成微流控芯片技術在生物醫(yī)學和生物物理學領域展現(xiàn)了巨大的潛力長效機製，它能夠實現(xiàn)細胞分離講實踐、捕獲以及檢測單細胞等多種功能。液體的交換和微流控芯片的集成也起著關鍵性作用奮戰不懈，這使得研究者能夠精確調(diào)控細胞外環(huán)境市場開拓，并同步刺激與檢測單個細胞，從而實時觀察到細胞響應的細致與動態(tài)變化大大縮短。為了精確測量細胞在刺激下的瞬態(tài)反應要落實好，高速液體交換和精確的測量技術也變得至關重要。

在本研究中更默契了，來自日本名古屋大學先進技術、東京大學和東北大學的團隊研發(fā)了一種集成了微流控芯片和雙泵探針的系統(tǒng)來測量單個細胞瞬態(tài)響應的新方法培訓。該系統(tǒng)由雙泵探針、微流控芯片宣講手段、光學鑷子效高、外部機械臂、外部壓電執(zhí)行器等組成基礎。研究團隊將雙泵探針集成在一起性能，以實現(xiàn)高速液體交換，并通過局部流控制技術對外開放，確保芯片上的單個細胞接觸力檢測幾乎不受干擾技術創新。借助該系統(tǒng)，研究團隊能夠以很高的時間分辨率精確測量細胞對滲透性沖擊的瞬態(tài)響應資料。

相關研究以“Integration of Microfluidic Chip and Probe with a Dual Pump System for Measurement of Single Cells Transient Response"為題發(fā)表在國際著名期刊《Micromachines》上廣泛應用。

首先，團隊設計了雙管移液器橫向協同，并與兩個壓電泵組裝成了一個能夠同時進行液體注射和抽吸的雙泵探針系統(tǒng)哪些領域。該探針尖部由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術（nanoArch® S130，精度：2 μm）制備而成不斷創新。然后建立和完善，研究人員制備了帶有探針的微流控芯片，并對集成的力傳感器進行了校準規模。

圖3. (a) 力測量過程的概念行業內卷；(b) 探針和力傳感器的圖像追求卓越；(c) 作為彈簧力傳感器的空心折疊梁結構；(d) 力傳感器的校準數(shù)據(jù)和理論值示例（藍色點表示校準后使用力傳感器測量的數(shù)據(jù)參與能力，橙色曲線表示理論值）合理需求；(e) 通過測量傳感器探針位移數(shù)據(jù)的3σ來評估力傳感器的穩(wěn)定性。D0: 原始細胞直徑研究；δs, δp: 傳感器和探針的位移高效；L: 梁結構的長度；σ: 標準偏差提高。

接下來，研究團隊對雙泵探針系統(tǒng)的性能進行了細致的表征的特性，并深入研究了分析位置和面積對液體交換時間的影響交流。此外基礎，團隊還通過優(yōu)化注射電壓，確保了液體濃度變化的完整性還不大，使得平均液體交換時間縮短至約3.33毫秒高產。實驗結果表明，力傳感器在液體交換過程中僅受到輕微干擾發揮作用。利用這一系統(tǒng)良好，團隊成功測量了滲透壓沖擊下Synechocystis sp. PCC 6803菌株的變形和反應力，平均響應時間約為16.33毫秒銘記囑托，從而揭示了在毫秒級滲透壓沖擊下壓縮的單個細胞的瞬態(tài)響應引領。

圖4. (a) 使用光學鑷子系統(tǒng)捕獲并定位單個細胞在兩個芯片探針之間；(b) 使用外部壓電執(zhí)行器壓縮目標細胞示範；(c）利用3D機械臂將探針尖部移動到預定位的位置應用前景；(d) 從注射桶注入LOC溶液，同時從抽吸桶抽吸探針尖部下方的液體運行好，此時細胞外環(huán)境從HOC溶液變?yōu)長OC溶液激發創作；(e) 外部壓電執(zhí)行器釋放探針，并將探針尖部沿垂直方向遠離芯片表面進一步意見。

圖5. 分析區(qū)域的位置和面積對評估液體交換時間的影響增幅最大。(a) 測量區(qū)域的顯微鏡圖像。不同顏色的圓圈表示用于分析灰度級的位置生產能力，相鄰的圓圈描述了相應的液體交換時間研究成果。(b) 分析區(qū)域的位置對評估液體交換時間的影響。擬合曲線的顏色與分析區(qū)域的顏色相對應完善好。（c）分析在直徑為2大面積、4和6 μm的同心圓形區(qū)域（綠色圓圈）中液體交換期間灰度值的變化。

此外問題分析，為了準確評估液體交換對傳感器探針的干擾培養，研究團隊用與Synechocystis sp. PCC 6803菌株具有相似楊氏模量和大小的聚二甲基硅氧烷（PDMS）珠代替了細胞，因為聚二甲基硅氧烷珠的體積不受滲透壓變化的影響更加完善。研究結果顯示形式，在傳感器探針的位移數(shù)據(jù)中幾乎不能觀察到與液體交換相關的干擾。并且支撐作用，與層流法中封閉式微流控芯片內(nèi)由液體交換引起的干擾相比日漸深入，具有雙泵探針系統(tǒng)實現(xiàn)了局部液體交換，從而顯著降低了液體交換過程下的干擾同時，提高了力傳感器的測量精度互動式宣講。

圖6. 注入電壓對液體交換程度和液體交換對位移測量的干擾的影響。(a) 注入電壓對液體交換程度的影響模式。當注入電壓超過20伏時自動化，灰度值的變化趨于穩(wěn)定提升，這意味著細胞外溶液已交換；(b) 液體交換期間灰度級變化和相應的傳感器探針干擾不折不扣。

綜上所述支撐能力，研究團隊開發(fā)了一個集成了微流控芯片和雙泵探針的系統(tǒng)，用于研究單個Synechocystis細胞的瞬態(tài)響應高效利用。該系統(tǒng)能在芯片表面局部快速地進行液體交換特征更加明顯，且對周圍環(huán)境干擾極小。系統(tǒng)的平均液體交換時間約為3.33毫秒講理論，比之前的成果快了100倍以上的可能性，甚至比細胞對滲透壓變化的響應時間還要快，這使得能夠更精確地揭示單個細胞的瞬態(tài)反應改革創新。由于MS通道能夠感知膜張力知識和技能，細胞的壓縮或膨脹揭示了MS通道的特征。本研究的成果證明了所開發(fā)系統(tǒng)在準確研究單個細胞響應方面的有效性新模式，并為生物物理學和生物醫(yī)學領域的未來研究提供了有益的見解實現。