Name: 使用微机电系统（MEMS）开发诊断工具 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T12:55:13.000+00:00
Duration: 16 min 5 s
Description: 了解利用微机电系统（MEMS）技术开发低成本诊断工具的方法。本研究展示如何通过声学操控液滴实现精准聚合物沉积，并应用于细胞封装与组织工程领域。

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作者无任何利益冲突需要披露。

利用微机电系统（mems）开发诊断工具

Using Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) to Develop Diagnostic Tools

利用微机电系统（MEMS）开发诊断工具

我是U De Mercy，是医学实验室Bio Stick MAMs项目的首席研究员。我在斯坦福大学获得电气工程博士学位，随后在哈佛医学院麻省总医院（MGH）进行博士后研究，主要从事生物声学MAMs，或主要是生物MAs方面的研究。现在，我继续在哈佛医学院以及哈佛大学与麻省理工学院联合设立的健康科学与技术部门担任教职，并持续开展我非常热爱的研究工作。我在攻读博士学位期间所做的研究与液滴密切相关，主要利用声学技术生成尺寸精确的液滴，并控制其位置与分布，以沉积对环境极为敏感的聚合物。目前，我们将类似的技术应用于将细胞包裹在液滴中，然后将其定位在表面，以实现组织工程中的多种应用，例如在表面上打印细胞以形成特定的细胞图案。此外，还有一些应用需要将少量细胞或单个细胞从同一细胞群体中进行包裹，以研究同一群体中不同细胞之间的差异。在这些应用中，能够以高通量速率（例如每秒约 10,000 个细胞）将细胞包裹在液滴中，对于理解生物学问题变得极为重要且极具价值。因此，我目前的研究可以说有两个主要方向。其中之一就是我刚刚提到的细胞包封技术。我们如何将一个细胞包裹在液滴中？如何重复、可靠且不损伤细胞地实现这一过程？因此，在细胞被喷出或包封到液滴中后，我们应能够将其精确定位在表面，并确保细胞保持功能正常、存活且具有活性。它不应受到喷射等因素的影响而受损。目前，我们采用一种系统，利用声波聚焦技术从开放液池中生成这些液滴，能够将单个细胞包裹在与细胞尺寸相当的微小液滴中。这一技术在细胞打印和组织工程领域的应用前景令人振奋。我研究的另一个方面是再次利用这些MAMs微机电系统技术，开发低成本的诊断工具。这项研究主要采用微流控方法，能够引入全血，体积非常小，例如指尖采血所得的血液，少于10 µL，即可导入芯片。通过该血液，我们能够包封或从全血中捕获特定的亚细胞群体。为什么这一点很重要？为什么这在非洲山区等全球健康应用场景中需要成本低廉？例如，你需要能够判断一名艾滋病患者体内究竟有多少 CD4+ T 淋巴细胞。因为世界卫生组织指出，当每微升血液中 CD4 细胞数量低于 200 时，就必须开始对患者进行治疗。而在发达国家，获取这一数据需要依赖价值数十万美元的流式细胞仪。当然，使用这些大型台式设备需要花费时间，并且需要具备相应的操作技能。我们的小型芯片只需引入一滴约10微升的全血，即可通过表面蛋白亲和力捕获CD4细胞。随后，你可以快速计数被捕获的细胞，因为这些细胞是特异性结合在芯片表面CD4蛋白抗体上的CD4细胞。通过调控流速和剪切力，可以优化这些细胞类型的特异性和效率。当然，非特异性结合始终存在，但通过我们的剪切方法，可将这些效应降至最低，确保误差在正负10%以内，这一精度足以支持在非洲最高峰进行诊断或预后判断。因此，这种技术在全球健康领域具有重要意义，同时，这些低成本、一次性使用的检测技术也能够影响发

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使用微机电系统（MEMS）开发诊断工具

我们展示了制造和自动化弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）微阀阵列的方案，该阵列无需额外能量即可关闭，并具有光刻定义的精确体积。同时介绍了并行亚纳升级体积混合器和集成式微流控灌注系统。...

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本视频介绍了用于培养中枢神经系统（CNS）神经元的微流控装置的制备与使用方法。该装置适用于……...

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高效宽调谐范围MEMS滤波器的设计与表征方法

为了理解机械应力如何激活生化通路并引发生物学反应，机械生物学研究需要新的工具。本文展示了一种新方法，利用微流控捕获装置对固定化的动物进行选择性机械刺激，从而实现对细胞反应的高分辨率成像。...

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