基于微流控技术的微管聚合力学研究方法的开发

微管是细胞骨架聚合物，在细胞分裂和细胞内运输中发挥着关键作用。在本研究中，我们采用微流控技术在体外研究微管的力学特性。本工作解决了在微流控装置中研究微管的两个具体局限性：一是存在气泡的可能性，气泡可能导致蛋白质变性；二是缺乏高通量检测方法的应用。我们的微流控装置和实验方案支持多种实验设置，相较于先前的流动池检测方法，具备更可靠的高通量测试能力。

[讲师] 首先，在真空条件下使用氧气或洁净干燥空气等离子体对一片三英寸硅片进行等离子清洗，持续五分钟。确保真空压力低于5×10⁻⁵托。将清洗后的硅片居中放置于旋涂仪上，用于光刻胶沉积，并在硅片中心滴加1至2毫升SPR 227.0光刻胶。以1000转/分钟的转速旋涂30秒，形成厚度为13微米的光刻胶层。在尽量避免接触涂覆表面的前提下，将硅片转移至设定为70摄氏度的加热板上。将硅片在加热板上孵育，每3至5分钟升高温度10摄氏度，直至温度达到115摄氏度。随后关闭加热板，使硅片冷却至温度低于65摄氏度。使用镊子将冷却后的硅片转移至掩模对准仪中。根据制造商或现场特定规程，将硅片和相应的光掩模装入对准仪，然后以约400毫焦耳/平方厘米的能量对硅片进行紫外光曝光。使用公式计算所需的曝光时间。在重新水化和热处理后，将硅片浸入适当的显影液中。随后用去离子水轻轻冲洗硅片两面30秒。使用氮气干燥显影后的硅片，然后将其转移至干燥器中。在干燥器内放置一个小的铝制容器，并向其中加入一滴硅烷。在干燥完成后，将混合并脱气的聚二甲基硅氧烷（PDMS）倒入培养皿内的母模中。将培养皿在65摄氏度下孵育过夜，使PDMS完全固化。围绕器件结构特征，使用手术刀或剃刀片从母模层上切割出矩形PDMS块。确保每块PDMS具有足够的侧翼空间以实现良好的键合接触，并能适配22×22毫米的玻璃盖玻片。将PDMS放置在备用的牺牲性PDMS层上，避免接触硬质表面。然后使用洁净的1.5毫米打孔器在每块PDMS上打出进样口和出样口孔洞。取出一片22×22毫米的玻璃盖玻片，用浸有异丙醇的擦拭纸清洁。随后在真空条件下使用洁净干燥空气等离子体对玻璃盖玻片进行五分钟的等离子清洗。在放置前，先用浸有异丙醇的擦拭纸分别擦拭玻璃盖玻片和PDMS的功能面，然后将两者一同放入等离子清洗仪中，在真空条件下使用洁净干燥空气等离子体同时清洗30秒。清洗完成后，将PDMS翻转，使其功能面朝下。将PDMS放置在玻璃盖玻片上，并轻轻按压以促进键合。通过使缓冲液溶液垂直于微管延伸的生长方向流动，实现了对稳定微管延伸的弯曲，展示了该器件施加定向力的能力。基于纳维-斯托克斯方程的模拟与解析建模计算得出，微管所经历的近表面流速为92微米/秒。计算模拟表明器件内形成了稳定的梯度，这一结果通过荧光染料实验得到验证，显示出可预测的浓度分布模式。双标记微管延伸实验确认了基于梯度的空间分区现象，不同荧光蛋白在器件的不同空间区域占据主导地位。