Name: 应用微流体电 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: 学习微流控电生理技术，通过微流控装置对脑切片进行时空刺激，实现神经递质的精准定位输送。该方法显著提升了脑片实验的精确度和可控性，为神经科学研究提供了更真实的在体模拟环境。

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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

applying-microfluidics-to-electrophysiology

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

应用微流体电

我们演示了一种简单微流控装置的制备方法，该装置可与标准的电生理实验系统集成，以精确控制的方式将脑切片的微尺度表面暴露于不同的神经递质中。...

使用微流控网络与标准灌流室刺激脑切片

微离子电渗法是指在微移液管内外电势差的作用下，离子从微移液管中移动的过程。生物活性分子由此以与电流成正比的方式递送。我们通过乙酰胆碱微离子电渗法结合微操作技术，来研究微循环中内皮依赖性血管舒张作用。...

微离子电渗与显微操作用于活体微循环荧光成像

来源：Vanegas, M. I., et al. 用于联合药物输注与电生理记录的微注射电极系统. J. Vis. Exp.

基于微流控的微注射电极系统用于药物输注与电生理联合检测

已开发出多种微流控装置用于趋电性研究。然而，这些芯片均无法有效研究化学因素与电场（EF）对细胞的联合作用。我们开发了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯的装置，可在趋电性研究中实现对共存电场与化学刺激的更精确控制。...

使用多通道双电场微流控芯片研究肺癌细胞的电趋性

集成流体组件的微加工器件为 体外 模拟细胞研究的平台 体内...

设计用于研究细胞在单一或共存化学/电/剪切应力刺激下响应的微流控装置

本方案旨在演示如何结合 体外...

将微流控技术与微电极阵列结合用于研究神经元通讯及轴突信号传导

我们介绍了一种微注射电极系统，该系统专为电生理记录及辅助递送实验探针（如纳米传感器、微电极）而设计，并可选择性地进行药物灌注。该系统将广泛可得的微流控组件与容纳探针的套管相连接。文中包含微注射电极构建的逐步操作方案，并展示了在猕猴皮层中灌注蝇蕈醇（muscimol）时的实验结果。...

用于药物输注与电生理联合记录的微注射电极系统

提供了一种在微流控芯片上培养和操作小鼠胚胎组织的方案。通过施加通路调节剂的脉冲，该系统可用于外部控制信号振荡，从而对小鼠体节发生进行功能研究。...

一种用于研究调控体节发生信号振荡功能的微流控方法

本实验方案旨在介绍并演示一种高度定向的人类心肌组织三维（3D）微流控模型的构建方法。该模型由干细胞来源的心肌细胞与心脏成纤维细胞（CFs）在仿生性胶原基水凝胶中共培养形成，可用于心肌组织工程、药物筛选及疾病建模等应用。...

在微流控平台上构建三维有序的人类心脏组织

本实验方案描述了在微流控腔室中对神经元线粒体进行接种和染色的方法。这些腔室中的流体压力梯度可实现对轴突内线粒体的选择性处理，从而在不干扰胞体区室的情况下，分析其对药物干预的响应特性。...

微流控辅助选择性去极化轴突线粒体

本文介绍一种用于构建独特双层微流控装置的实验方案，以研究上皮组织稳态的电机械调控机制。该装置可施加垂直于组织平面的静态生理性电流，影响细胞间黏附、增殖及细胞挤出过程。通过活细胞成像和机械应力测量，揭示这些生物学过程的作用机制。...

利用双层微流控装置揭示电机械调控在组织稳态中的作用

学习微流控电生理技术，通过微流控装置对脑切片进行时空刺激，实现神经递质的精准定位输送。该方法显著提升了脑片实验的精确度和可控性，为神经科学研究提供了更真实的在体模拟环境。

将微流控技术应用于电生理学

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