Preparation and Testing of Impedance-based Fluidic Biochips with RTgill-W1 Cells for Rapid Evaluation of Drinking Water Samples for Toxicity

该程序的总体目标是演示如何使用生物传感器评估饮用水样品的毒性。这是通过制造包含单层虹鳟鱼鳃细胞的生物芯片，然后将它们用作基于阻抗的生物传感器的一部分来实现的。该程序提供了一种快速检测饮用水供应中与人类健康相关的化学毒性的方法。

这种技术的主要优点是生物芯片可以在现场条件下使用，它们可以冷藏长达九个月，而无需对细胞进行任何照顾或维护，并且它们处于测试就绪状态，可以从冰箱中取出后的任何时间使用。演示此程序的是我们实验室的本科生 Jordan McNairn。在细胞接种前一天，从包装中取出生物芯片，并将其放入消毒的塑料器械箱中。

将其中一个管路组件连接到注射器上，并将 20% 漂白剂溶液吸入 20 毫升注射器中。将两毫升溶液注入生物芯片的每个通道中。完成后，让生物芯片与漂白剂溶液一起静置一小时。

一小时后，使用装有连接到真空管路的公滑鲁尔组件的无菌 1 毫升注射器从两个通道中吸出漂白剂溶液。从生物芯片中吸出漂白剂后，将两端带有公滑鲁尔接头的无菌管组件连接到生物芯片上，以便在冲洗生物芯片时用作引流管。然后，将无菌水吸入 20 毫升注射器中，并用 5 毫升水冲洗芯片的每个通道。

像以前一样抽吸水。并将生物芯片放回塑料器械盒中。将生物芯片放在生物安全罩中直到第二天。

在接种生物芯片前 1 小时，将每毫升 10 微克的纤连蛋白溶液中注入两毫升到生物芯片的每个通道中。将生物芯片在生物安全罩中孵育 60 分钟，然后真空吸出纤连蛋白溶液。最后，将两个无菌生物芯片管组件放在生物芯片的端口上，并将生物芯片放在一边，直到细胞准备好接种。

从培养箱中取出一个含有虹鳟鱼鳃上皮细胞的汇合 T-175 培养瓶，并将其放入生物安全罩中。一个融合的 T-175 培养瓶将能够接种大约 16 个生物芯片。从细胞中吸出培养基。

用 PBS 冲洗它们，然后吸出 PBS。然后向细胞层中加入 6 毫升胰蛋白酶-EDTA 溶液。将培养瓶在室温下孵育约 5 分钟。

然后，向每个培养瓶中加入 15 mL 完全 L-15 细胞培养基，以使胰蛋白酶失活。从细胞悬液中取出一小份，并使用血细胞计数器测量细胞浓度。使用配备 10 倍物镜的明场显微镜观察细胞。

然后，计算当前细胞浓度并将细胞悬液调整为每毫升百万个细胞的四分之一浓度。接下来，使用无菌 20 毫升注射器将 2.5 毫升细胞悬液注射到生物芯片每个通道的外端口中。让额外的细胞悬液从管流出到废液容器中。

然后，通过将带有鲁尔接头的软管的自由端插入每个通道的外部端口，为每个生物芯片通道创建一个封闭的回路。接下来，用 70% 乙醇润湿纸巾，然后用它擦去闭环上多余的介质。然后，将生物芯片放回塑料盒中。

在第 4 天和第 7 天，从培养箱中取出生物芯片。并用温度平衡的完全 L-15 细胞培养基更换生物芯片中的培养基。第七天喂食后，从芯片中取出并丢弃软管，并将高压灭菌器排废塞插入生物芯片。

将生物芯片放入 6 摄氏度培养箱的盒子中，直到它们用于测试。从便携箱中取出 ECIS 测试读卡器和耗材，然后打开读卡器。此外，从 6 摄氏度的培养箱中取出一个准备好的生物芯片，并将其放在纸巾上。

使用 10 毫升注射器，将 10 毫升对照水分配到贴有标签的 0.5 盎司透明塑料对照罐中。请务必去除气泡以进行准确测量。然后，使用单独的注射器，将 10 毫升测试样品分配到 0.5 盎司的透明塑料测试罐中。

接下来，取出两个粉末状培养基小瓶。打开其中一个粉末状培养基样品瓶，将一个小瓶中的所有内容物倒入装有对照水的染色缸中，将整个样品瓶也滴入溶液中。对测试 jar 重复此过程。

然后，盖上盖子并摇晃罐子，以确保粉末完全溶解。在蓝色的 10 ml 注射器中加入 9 mL对照溶液。以及红色的 10 毫升注射器，其中包含来自各自小瓶的 9 毫升测试溶液。

从注射器中去除任何现有的气泡。接下来，从生物芯片端口取下塞子并连接引流管。将生物芯片放入 ECIS 阅读器中的可拆卸塑料托盘中，合上盖子，然后将装满的注射器连接到外部生物芯片端口。

最后，连接注射器柱塞。在阅读器的主屏幕中，选择 Next 以启动预测试。然后，软件将检查初始阻抗。

如果阻抗在范围内，屏幕将记录 Cartridge passed"并指示用户选择下一步。然后，使用软键盘输入示例信息，完成后选择 Accept。此时，将从插入的生物芯片中收集两分钟的阻抗数据，屏幕上的计时器将倒计时。

两分钟后，点击 下一页.当闪烁的绿色框提示立即注射样品时，"将对照和测试培养基从连接的注射器同时注射到生物芯片通道中。完成后，将注射器留在生物芯片上。

如果 ECIS 阅读器软件确定处理通道在测试过程中的任何时候与控制通道在统计上存在差异，则屏幕显示将指示样品受到污染。否则，它将表明在监测期结束时未检测到污染。将每个样品的测试结果记录为"受污染"或"未受污染"。

在测试运行结束时，取出并丢弃生物芯片。在测试期间冲洗并风干注射器、测试瓶和装有生物芯片的可拆卸塑料托盘。此处显示的 13 种化学品被选中进行测试，因为它们代表了广泛的有毒工业化合物，这些化合物可能是饮用水的污染物。

在测试过程中，13 种物质中有 9 种在一小时内通过电池衬底阻抗传感检测到，其浓度与人类健康有关。此处显示了在电池衬底阻抗传感测试后可以看到的典型输出。与对照清洁水样品相比，受污染样品的最终阻抗水平明显较低。

观看本视频后，您应该对如何制备具有单层虹鳟鱼鳃上皮细胞的生物芯片，并随后在基于阻抗的毒性测试中使用该生物芯片来评估饮用水毒性。在尝试此程序时，重要的是要记住在无菌条件下制备生物芯片，并将生物芯片冷藏直到使用。每个生物芯片只能使用一次，然后必须丢弃。

一旦掌握，生物芯片制备可以在大约 10 分钟内完成。这是一个估计值，因为薯片是分批制备的。如果执行得当，样品阻抗测试（包括样品制备）大约需要 1 小时 10 分钟。

按照此程序，可以对产生污染结果的样品进行其他方法，例如分析化学，以识别可疑的化学品或化学品。这项技术的发展为对水毒性传感感兴趣的研究人员利用虹鳟鱼鳃上皮细胞和阻抗传感的技术铺平了道路。我们希望您会发现这些技术很有用，并期待这些新功能可能有助于促进的未来创新。

谢谢你，祝你有美好的一天。