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迪肯大学袁丹/深圳大学闫昇/伍伦贡大学李卫华:利用粘弹性微流控技术分离蓝藻

粘弹性流体,是一种非牛顿流体,广泛存在于我们生活当中,例如牛奶、蜂蜜、牙膏、胶水……顾名思义,粘弹性流体是既具有粘性又具有弹性的流体。近日,迪肯大学袁丹博士、深圳大学闫昇博士和伍伦贡大学李卫华教授将这种粘弹性流体特性应用到了环境科学上,在他们研制的微流控芯片中实现了蓝细菌的分离。

图1. 微流控芯片分离蓝藻示意图。图片来源:Anal. Chem.


蓝藻(蓝细菌)对自然生态系统有着广泛的影响,并被认为是潜在的含有丰富药物和结构上次级代谢产物的来源。为了更好地了解影响和调节蓝藻生长(如长度)的基本分子过程和机制,以及环境、基因型和表型之间的联系,需要分离出具有相对统一长度和尺寸的形状同步的蓝藻细胞群。


目前,基于形状的蓝藻(包括念珠藻)分离技术研究甚少。念珠藻细胞的特征尺寸从几微米到几百微米,需要在两个数量级的尺寸范围内实现细胞分离,这用目前的分离技术很难实现。传统的离心法可以根据细胞密度来分离细胞。然而,它并不考虑细胞形状的影响。而且,离心力可能会破坏细胞、细胞团或干扰目标细胞的生理功能。虽然在光学显微镜下可根据细胞形态差异手动分离细胞,但这个过程很耗时耗力,而且需要专业人员来完成。因此,迫切需要开发出更简单、非侵入性和连续的方式进行基于形状的蓝藻分离。


袁丹等人提出了一种新颖有效的方法,利用粘弹性微流控技术在带有膨胀收缩腔阵列(ECCA通道)的直通道中按形状(长宽比)分离念珠藻。含有溶解高分子聚合物的粘弹性溶液会对在其中流动的念珠藻产生惯性力、弹性力和二次流阻力的综合效应。因此,不同长度的念珠藻会达到不同的横向平衡位置,并从不同的出口流出。虽然粘弹性非牛顿微流控技术最近被广泛研究,但大都研究利用其来聚焦、排序和分离具有相对固定尺寸和球形形状的颗粒和哺乳动物细胞,基于形状的分离技术尤其对蓝藻的分离报道却很少。该文章系统地研究了包括流速、流体粘弹性、通道结构和长度在内的影响基于形状的细胞分离的因素。这项工作首次证明了利用粘弹性微流控技术对蓝藻进行连续和无需鞘流的基于形状的分离, 为后续的广泛应用开辟了途径,包括生物化学检测、基因突变分析和新一代基因测序。此外,它具有对不同形态和尺寸上大于100微米的物体的操作能力,这将微流控技术扩展到一个从未达到的全新领域,并能推动一系列新的应用。


这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,并被选为封面文章。文章的第一作者是迪肯大学袁丹博士。袁丹博士、深圳大学的闫昇博士和伍伦贡大学的李卫华教授为共同通讯。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Sheathless Separation of Cyanobacterial Anabaena by Shape Using Viscoelastic Microfluidics

Dan Yuan(袁丹)*, Sheng Yan(闫昇)*, Jun Zhang(张俊), Rosanne M. Guijt, Qianbin Zhao(赵乾斌), and Weihua Li(李卫华)*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02389


袁丹博士简介

袁丹,迪肯大学研究员,获澳大利亚伍伦贡大学博士学位,获得日本JSPS Fellowship, Alfred Deakin Fellowship, 曾在日本东京大学从事研究。研究领域主要包括微流控芯片的开发和应用,3D打印技术,智能材料和平台,基于图像的细胞分选和分析等。袁丹博士在Nature Communications, Advanced Functional Materials, Small, Lab on a Chip, Analytical Chemistry, Sensors and Actuators B: Chemical, Scientific Reports, Applied Physics Letters 等高水平期刊上发表50余篇文章。引用超过1700次,H-index为21。


闫昇博士简介


闫昇,深圳大学高等研究院研究员,研究领域主要涵盖基于微流控芯片的细胞筛选、3D打印技术、手持设备、拉曼传感器、可穿戴设备以及高速成像流式细胞仪,主要项目包括:(1)基于微流控芯片对于血液分选以及癌症筛查;(2)基于液态金属的新型3D打印技术;(3)基于表面增强拉曼的生物检测系统。闫昇博士在Nature Communications, Advanced Functional Materials, Small, Lab on a Chip, Analytical Chemistry, Sensors and Actuators B: Chemical, Scientific Reports, Applied Physics Letters 等高水平期刊上发表60余篇文章。引用超过2000次,H-index为24。


闫昇课题组现面向国内外诚聘博士后1-2名,欢迎有志之士加入,详情参阅深圳大学官方网站:

https://hr.szu.edu.cn/info/1024/5770.htm 

个人网页:

https://www.x-mol.com/groups/yan_sheng 


李卫华教授简介


李卫华(Weihua Li),现是澳大利亚卧龙岗大学机电工程系系主任,教授。本科、硕士研究生曾就读于中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,获新加坡南洋理工大学博士学位。

 

研究领域:微流体和纳米流体;芯片实验室;流变学;磁流变(MR)流体和MR弹性体及其应用; 动力学和振动控制;智能机电;车辆技术。发表论文300余篇。担任Scientific Reports, Micromachines, Korea-Australia Rheology Journal, Frontiers of Mechanical Engineering, Journal of Sensor Technology 等期刊编委。


自2004年以来,获得来自包括ARC,CSIRO,DSTO,NSFC,香港ITC,CRC铁路等多个研究机构的55项研究资助/奖励。


https://www.x-mol.com/university/faculty/26293 


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