隨著微流控技術的迅猛發展，微流控領域出現了眾多具有創新意義的新技術，如表面張力限制的液滴微流控技術。表面張力限制的液滴微流控技術在生物醫藥和材料合成等方面具有非常廣泛的應用，使用簡便而有效的方法制備出均勻性良好的液滴陣列也是近年來的研究熱點之一。
近日，上海大學的巫金波教授團隊通過表面親疏水的差異將微米級尺寸的液滴固定在基片表面，制備出不同形狀、尺寸的液滴陣列，并利用液滴陣列進行單細胞的培養與觀測。
圖1. 油蓋水型液滴陣列制備步驟的示意圖
傳統的液滴微流控技術多是基于復雜的三維立體通道結構的微流控芯片，制備工藝復雜、儀器精度要求高且價格昂貴。表面張力限制的液滴微流控技術與傳統液滴微流控技術最大的不同點在于前者基于對表面張力的控制，從而實現對液滴的操控，如液滴的生成及運動，而后者是基于對三維微通道結構的設計，從而實現液滴的分裂、運動及融合。
相應地，基于表面張力的液滴微流控技術只需要對平臺表面進行選擇性的化學改性或者物理作用，使平臺表面的不同區域對液體的表面張力發生變化，產生具有親疏水性的通道或陣列圖案。通過改變圖案尺寸或調節液滴產生過程中的各項參數，他們就能夠實現對液滴尺寸及形貌的調控，對需要精確定量的化學或生物反應而言是巨大的優勢。但就目前發展情況而言，這一技術仍存在一定的挑戰和困難——微小體量的液滴揮發速率極快，如何確保液滴體積的穩定性并利用液滴陣列進行材料的合成或細胞培養仍需要進一步的探索。
巫金波教授團隊在具有疏水性質的基片表面構建了親水圖案，當把水溶液（如熒光溶液、細胞培養液等）和油液依次分別添加到基片表面時，通過滑動玻璃蓋片的方法，親水區域的水溶液會得到保留，而疏水區域會被油液所侵占，從而成功地制備出形狀規則、尺寸均一、排布整齊的皮升量級的油蓋水型液滴陣列。整個過程只需短短的5秒鐘便可制備出一萬多個體積為31皮升左右的液滴，液滴生成的通量達到3 kHz。他們還用油液覆蓋液滴陣列，一方面使陣列中的液滴之間相互隔離，另一方面有效地阻止了液滴的蒸發。進一步的研究發現，油蓋水液滴陣列可在室溫下存儲兩天以上，為基于液滴的應用提供了必要的條件。因此，人們可以通過上述方法將微顆粒或細胞封裝到液滴陣列中。
圖2. 液滴中大腸桿菌的數目隨時間變化的圖像
大腸桿菌是人和動物腸道中的正常棲居菌，通過調整細菌培養液中大腸桿菌的濃度可制備出液滴中含有單個大腸桿菌的油蓋水型液滴陣列。在36小時的培養期間，液滴中的大腸桿菌表現出十分強的活性，并順利地進行生長和增殖等生命活動。在所觀測的液滴中，經36小時的培養后液滴中大腸桿菌的數量由原來的1個或3個分別增加到47個或68個左右。大腸桿菌在液滴中成功的增殖說明上述液滴陣列在單細胞培養等領域具有重大的應用價值，如可進行高通量的細胞毒性測試、藥物篩選及材料合成等。
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