第1章 緒論 001
1.1　細(xì)胞分析 001
1.1.1　細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 001
1.1.2　細(xì)胞培養(yǎng)與觀察 003
1.1.3　細(xì)胞組分分析 005
1.1.4　細(xì)胞研究的挑戰(zhàn)與機(jī)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(xì)胞分析 012
1.3.1　發(fā)展過(guò)程 012
1.3.2　微流控芯片的細(xì)胞培養(yǎng) 015
1.3.3　單細(xì)胞分析 017
1.4　微流控細(xì)胞分析發(fā)展趨勢(shì) 018
參考文獻(xiàn) 019
思考題 021

第2章 微流控芯片的設(shè)計(jì)與制作 022
2.1　概述 022
2.2　芯片材料 023
2.2.1　無(wú)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)胞培養(yǎng)單元 040
2.4.3　芯片離心裝置 040
參考文獻(xiàn) 042
思考題 043

第3章 微流控細(xì)胞培養(yǎng)與微環(huán)境構(gòu)建 045
3.1　概述 045
3.2　細(xì)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(dòng)態(tài)培養(yǎng) 053
3.2.5　細(xì)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(xué)因素作用 058
3.3.3　細(xì)胞與細(xì)胞間相互作用 059
3.3.4　細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間相互作用 061
3.4　總結(jié)與展望 062
參考文獻(xiàn) 063
思考題 068

第4章 微流控細(xì)胞操控技術(shù) 069
4.1　概述 069
4.2　細(xì)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(dòng)力學(xué)方法 077
4.2.6　大小和可變形性 079
4.3　細(xì)胞捕獲 080
4.3.1　抗體親和識(shí)別 080
4.3.2　核酸適配體識(shí)別 081
4.3.3　微結(jié)構(gòu)捕獲 081
4.4　細(xì)胞處理 082
4.4.1　細(xì)胞裂解 082
4.4.2　細(xì)胞配對(duì)和融合 085
4.4.3　細(xì)胞膜穿孔 086
4.5　總結(jié)與展望 088
參考文獻(xiàn) 088
思考題 090

第5章 微流控單細(xì)胞分析 091
5.1　概述 091
5.1.1　單細(xì)胞分析與微流控 091
5.1.2　單細(xì)胞分析技術(shù)發(fā)展歷程 093
5.2　單細(xì)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(dòng)力分離 097
5.2.4　介電泳 098
5.2.5　液滴法 098
5.3　單細(xì)胞裂解 099
5.3.1　化學(xué)法 099
5.3.2　機(jī)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(xì)胞檢測(cè)分析 102
5.4.1　光學(xué)分析 102
5.4.2　電化學(xué)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(xiàn) 107
思考題 114

第6章 開(kāi)放式微流控細(xì)胞分析 116
6.1　概述 116
6.2　開(kāi)放式微流控的基本概念 116
6.3　活體單細(xì)胞提取器 117
6.3.1　基本原理 117
6.3.2　計(jì)算流體力學(xué)模擬 118
6.3.3　單細(xì)胞提取異質(zhì)性分析 118
6.3.4　單細(xì)胞水平上細(xì)胞黏附強(qiáng)度與細(xì)胞活性關(guān)聯(lián)性分析 120
6.4　單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞層上的黏附分析 121
6.4.1　細(xì)胞-細(xì)胞黏附分析測(cè)量原理 121
6.4.2　計(jì)算流體力學(xué)模擬 122
6.4.3　循環(huán)腫瘤細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞層上的黏附分析 123
6.4.4　藥物對(duì)細(xì)胞-細(xì)胞黏附的影響 124
6.5　微流體細(xì)胞切割刀技術(shù) 126
6.5.1　基本原理 126
6.5.2　計(jì)算流體力學(xué)模擬 127
6.5.3　細(xì)胞切割與損傷修復(fù) 128
6.5.4　細(xì)胞器傳輸速度測(cè)定 128
6.6　總結(jié)與展望 130
參考文獻(xiàn) 130
思考題 130

第7章 微流控細(xì)胞遷移研究 132
7.1　概述 132
7.2　細(xì)胞遷移研究的傳統(tǒng)方法 133
7.2.1　細(xì)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(xì)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(xiàn) 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(xué)應(yīng)用 154
8.3.1　細(xì)胞載體 154
8.3.2　細(xì)胞包封 154
8.3.3　細(xì)胞培養(yǎng) 156
8.3.4　細(xì)胞冷凍、復(fù)蘇、釋放 157
8.4　單細(xì)胞研究 158
8.4.1　單細(xì)胞包封與培養(yǎng) 159
8.4.2　單細(xì)胞分選 159
8.4.3　單細(xì)胞分析檢測(cè) 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(xì)胞治療 163
8.6　總結(jié)與展望 164
參考文獻(xiàn) 165
思考題 167

第9章 液滴單細(xì)胞分析 169
9.1　概述 169
9.1.1　單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組分析 170
9.1.2　單細(xì)胞蛋白質(zhì)分析 170
9.1.3　單細(xì)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(xì)胞封裝 176
9.3.1　被動(dòng)封裝法 177
9.3.2　主動(dòng)封裝法 178
9.4　液滴單細(xì)胞質(zhì)譜分析 178
9.4.1　單細(xì)胞脂質(zhì)分析 179
9.4.2　單細(xì)胞代謝物分析 180
9.4.3　單細(xì)胞蛋白質(zhì)分析 181
9.5　總結(jié)與展望 181
參考文獻(xiàn) 182
思考題 183

第10章 微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用細(xì)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(xì)胞樣品的預(yù)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(xiàn) 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(diǎn) 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(zhǎng)的影響因素 201
11.3　基于微流控技術(shù)研究細(xì)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(shì) 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(cè) 206
11.4.3　毒性檢測(cè) 206
11.4.4　癌癥檢測(cè)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(xiàn) 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(diǎn) 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(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用 223
12.6　總結(jié)與展望 224
參考文獻(xiàn) 225
思考題 226

第13章 微流控芯片-質(zhì)譜聯(lián)用細(xì)胞分析儀的應(yīng)用 227
13.1　概述 227
13.2　儀器性能與特點(diǎn) 228
13.2.1　微流控通道細(xì)胞培養(yǎng)芯片 228
13.2.2　微注射裝置 229
13.2.3　細(xì)胞培養(yǎng)單元與顯微觀察 230
13.2.4　細(xì)胞進(jìn)樣與代謝物提取 230
13.2.5　色譜預(yù)處理與分離單元 230
13.2.6　質(zhì)譜檢測(cè)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(xì)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(cè) 236
13.4　儀器應(yīng)用 236
13.4.1　細(xì)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(xiàn) 242
思考題 244