基于集成液体交换的微流控芯片的完整单细胞动态变形测量

作     者：Xu Du Di Chang Shingo Kaneko Hisataka Maruyama Hirotaka Sugiura Masaru Tsujii Nobuyuki Uozumi Fumihito Arai Xu Du;Di Chang;Shingo Kaneko;Hisataka Maruyama;Hirotaka Sugiura;Masaru Tsujii;Nobuyuki Uozumi;Fumihito Arai

作者机构：Department of Micro-Nano Mechanical Science and EngineeringNagoya UniversityNagoya 464-8603Japan Department of Mechanical EngineeringThe University of TokyoTokyo 113-8656Japan Department of Biomolecular EngineeringGraduate School of EngineeringTohoku UniversitySendai 980-8579Japan 

出 版 物：《Engineering》 (工程（英文）)

年 卷 期：2023年第24卷第5期

页      面：94-101,I0002,I0003页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071009[理学-细胞生物学] 09[农学] 0703[理学-化学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

基　　金：partially supported by Grants-in-Aid for Scientific Research from the Ministry of Education Culture Sports Science and Technology(18H03762 and 21H04543 to Fumihito Arai and Nobuyuki Uozumi) 

主　　题：微流控芯片 动态变形 渗透浓度 单胞藻 变形细胞 功能机制 动力学 光学镊子 

摘      要：本文报道了一种利用集成力传感和液体交换功能的微流控芯片测量单个细胞力学性能的方法。使用光学镊子操纵和定位在推力探针和力传感器探针之间的单个细胞。这两个芯片探针被设计用来捕获和变形细胞。通过移动由外力驱动的推动探针,使单个细胞变形。层流在探针之间形成液-液界面,改变细胞外环境。通过控制注入压力来改变界面的位置。调节两个正压和一个负压以平衡流动的扩散和扰动。在微流控芯片中测试了单胞藻菌株PCC 6803在不同渗透浓度环境下的力学性能。液体交换在0.3~0.7 s内完成,同时显示了单个电池的动态变形。可在30 s内测量不同渗透浓度下的两个杨氏模量值和单个细胞在渗透冲击下的动态响应。研究了野生型(WT)和突变型聚囊藻细胞的动态变形,以揭示机械敏感(MS)通道的功能机制。该系统提供了一种监测单个完整细胞响应快速外部渗透变化的实时力学动力学的新方法,为表征细胞中质谱通道的准确生理功能开辟了新的机会。