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微流技术诞生距今已有三十多年,是一个本身有丰富内涵,又对化学、生物、医学产生深远影响的研究领域。经过多年的发展,微流技术在材料、工艺、理论、应用各方面积累了大量的成果,微流器件已经成为处理微米尺度流体、颗粒的最灵活的工具,正好满足了细胞生物学研究的需求。本文绪论部分首先介绍微流技术的起源,然后举例介绍其在细胞生物学中的丰富应用,接着介绍细胞周期的概念以及其基本调控机制,最后解释了细胞周期同步化及其必要性。 本文介绍的作者的第一个工作是关于用周期性营养调控同步化细胞周期。以往同步化细胞最常用的原理是剥夺细胞完成复制分裂的必要条件使其停在特定阶段。在这个工作中作者通过周期性地调控营养环境,锁相而非阻断细胞周期来实现同步化,并在芽殖酵母和裂殖酵母中验证了这一策略。一方面饥饿调控对实验室常用的几乎所有细胞都有效,另一方面通过周期性调控避免一次性给予长时间阻断,可以减轻对细胞的损伤。为了预测不同调控策略的表现,作者建立了一个以细胞周期时长分布为基础的随机模型,模型中的参数全部通过实验得到。以一个可以快速更替培养环境的微流芯片为基础,作者尝试了各种不同的调控策略,并对细胞群落在整个调控过程中的响应进行精确到单细胞的观测。利用这些高时间分辨率的数据,作者检验了锁频锁相原理的有效性,对比了不同调控策略的表现及与模型吻合的情况。最后作者从细胞体积和分裂周期时长两方面证明调控过程对细胞生理状态没有明显的不利影响。 本文介绍的另一个工作是关于用分选法同步化细胞周期。分选是指挑出自由生长的细胞群落中相位接近的一个子群落,其中根据出生时间分选能得到性质最均一的同步化群落,一般用称为baby-machine的工具来实现这种分选。作者设计了一种baby-machine微流芯片,可以靠PDMS材料的弹性回复力固定住数千个杆状细胞(实验中用裂殖酵母验证)的一端,并保持另一端分裂后自由脱落。作者还设计了一个靠流速控制开合的阀门,实现对细胞的收集,以方便在芯片内长时间培养观测收集到的同步化群落。通过记录分裂时的细胞周期相位和测量收集到的细胞的长度,作者证明这个芯片产出的细胞具有良好的均一性。 本文最后简单介绍了作者用微流芯片捕获循环肿瘤细胞的工作。在这个工作中作者通过引入一系列窄间距的柱子分割流道,引导血样在其中迂回流动,增大血样中细胞被芯片内壁捕获的概率。作者用含肿瘤细胞的培基作为样品展示了这种结构捕获循环肿瘤细胞的有效性。