将微流控技术应用于电生理学

Applying Microfluidics to Electrophysiology

微流控技术可与标准电生理学技术相结合，从而实现新的实验模式。具体而言，本文讨论了微流控脑片装置的设计动机，包括该装置如何与标准灌流室对接，以及采用被动泵送技术向脑片递送神经调质团块的方法。通过简化装置设计，我们能够为当前尚未满足的电生理学需求——在脑片多个区域施加多种神经调质——提供一种切实可行的解决方案。该方案通过将灌流室的标准盖玻片基底替换为键合在盖玻片上的薄型微流控装置来实现。该装置随后被固定于灌流室上，通过小孔将灌流室的开放井与埋藏于微流控基底内的微流控通道相连。这些微流控通道与钻设在灌流室边缘的接口相连，以实现刺激物的接入与递送。本项目体现了微流控领域正从概念验证型装置展示，逐步转向解决尚未满足的实验与临床需求的实用化解决方案。

关键词：微流控，电生理学，脑片，灌流室，被动泵送，神经调质，微流控通道，盖玻片基底

微流控技术可与标准的电生理学技术相结合，从而实现新的实验模式。具体而言，……的动机在于……

我叫Dave Edington，是芝加哥伊利诺伊大学生物工程系的助理教授。我们主要研究的领域是将微技术应用于生物医学，特别是使用微流控装置。今天，我们将向您展示我们的一个项目，该项目涉及使用一种可适配标准脑片灌流室的微流控装置，以实现对脑片进行时空可控的刺激。目前，在电生理学脑片实验中，向脑片施加神经递质的主要方法有两种：一种是对整个脑片进行全局性施加，即同时刺激整片脑组织；另一种则是利用微移液管在不同时间点向特定位置喷射神经递质。脑切片是一种非常复杂的结构，当你全局施加神经递质或使用微移液管时，无法重现体内的刺激模式。而通过我们的平台，能够精确控制对脑切片特定区域的刺激，实现更接近体内状态的刺激效果。当前的灌流系统如图所示，它们可与标准的盖玻片载片对接。这些装置可使灌流液在整个脑片上进行灌注。然而，您无法对刺激装置所作用的神经递质实现空间分辨率的精确控制。因此，我们开发了一种微型流控装置，可与这种标准灌流室对接。因此，所有标准的电生理学检测方法均可使用。唯一的不同之处在于，该装置的底部并非传统的玻璃盖玻片，而是由 A-P-D-M-S 装置构成，该装置上设有多个通孔，这些通孔连接至微流控通道，并进一步连接至顶部灌注室的开口。我们可通过这些孔道、微流控通道和通孔将神经递质递送至脑片组织。液体的输送采用一种称为被动泵送的技术来实现。因此，我们不需要从该装置引出任何复杂的管路，因为电生理实验本身已经是一项非常复杂的操作。通过简化装置设计并采用被动泵送方式，我们进一步简化了该微流控装置的实验操作流程。该装置的结构为双层微流控网络。第一层是连接出口端口的流道，第二层则由这些将流道与小孔连接起来的通孔构成。该器件的制备采用标准的双层U型微加工工艺，过程中设有对齐标记，以确保这些通孔精确地位于这四个流道的正中心。该装置设计为可与标准灌注腔室对接，因此可使用所有相同的膜片钳电生理检测方法。因此，我们可以将此装置置于电生理记录系统上，使物镜进入其中，通过微流控通道提供局部刺激，而不会不必要地使实验设置变得过于复杂。通过尽可能简化装置设计，我们可以更轻松地推广这一平台。目前我们的结构在微流控通道中间设有四个V形结构，但这些结构可根据不同实验室的需求进行调整，具体取决于其所研究的脑区。因此，一个区域可以研究海马体，另一个区域可以研究大脑外层皮层。根据微流控装置的设计方式，我们可以对这些区域进行刺激。由于该装置无需外部组件即可运行，因此您只需要使用移液器，通过被动泵送技术将液体加入这些开口即可。使用该设备时，标准电生理实验室无需额外购置除该底部基底以外的任何设备。因此，在本项目迄今为止的阶段，我们的工作重点一直是实现微流控通道与标准灌注室的对接。接下来，项目的工作重点将是利用这些脑片制备样本，在基于具体科学假设的研究中对该设备进行实际测试。因此，我们已证明，通过将这些荧光类似物注入通道，利用荧光染料可实现对不同区域的空间刺激。下一步是开展真正的生物学实验。因此，微流控领域正进入一个转折点。我们正在超越新颖的概念验证演示，真正利用这些设备来发现以往无法实现的新颖而令人兴奋的事物。因此，该领域正从利用微尺度可用原理的技术转向应用，例如快速扩散、层流和较大的表面积与体积比，以及过程集成。现在，我们将利用这些技术来解决实验室和临床中尚未满足的需求。

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生物学

应用微流体电

微流控技术可与标准电生理学技术相结合，从而实现新的实验模式。具体而言，本文讨论了微流控脑片装置的设计动机，包括该装置如何与标准灌流室对接，以及采用被动泵送技术向脑片递送神经调质团块的方法。通过简化装置设计，我们能够为当前尚未满足的电生理学需求——在脑片多个区域施加多种神经调质——提供一种切实可行的解决方案。该方案通过将灌流室的标准盖玻片基底替换为键合在盖玻片上的薄型微流控装置来实现。该装置随后被固定于灌流室上，通过小孔将灌流室的开放井与埋藏于微流控基底内的微流控通道相连。这些微流控通道与钻设在灌流室边缘的接口相连，以实现刺激物的接入与递送。本项目体现了微流控领域正从概念验证型装置展示，逐步转向解决尚未满足的实验与临床需求的实用化解决方案。

关键词：微流控，电生理学，脑片，灌流室，被动泵送，神经调质，微流控通道，盖玻片基底

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