细胞生物学方法 第147卷 细胞生物学中的微流体 第B部分：单细胞中的微流体----- Microfluidics in Cell Biology Part B: Microfluidics in Single Cells

作者：Matthieu Piel, Daniel A. Fletcher, Junsang Doh

出版：Zoe Kruze

索书号： Q2/M592/2018/V.146/Y

ISBN: 978-0-12-814282-0

藏书地点： 武大外教中心

在生物、化学、材料等科学实验中，经常需要对流体进行操作，很多操作都是在液相环境中进行，比如样品DNA的制备、液相色谱、PCR反应、电泳检测等。生物芯片被视为是后基因时代(Post-Genome Era)用来解读基因序列之重要工具，如果能将样品制备、生化反应、结果检测等步骤集成到生物芯片上，那么实验所用流体的量就从毫升、微升级降至纳升或皮升级，因此，随着生物芯片技术的发展，微流体技术作为生物芯片的一项关键支撑技术也得到了人们越来越多的关注。

微流体学(Microfluidics)， 指的是上世纪90年代从工程和物理科学实验室迅速发展起来的一套最新技术，几乎立即应用于生物学，尤其是细胞生物学。细胞生物学家之所以能如此迅速地采用这种方法，主要原因是因为有了可微加工的生物相容材料，使活细胞和生物分子能够工作。值得注意的是，在这样的设备中培养细胞是非常直接的，一些难以培养的细胞，比如神经元，在微流体设备中比在普通的培养皿中生长得更好。此外，微流体学在生物学上迅速成功的第二个原因是，它能够定量地和暂时地控制活细胞和多细胞装配体或生物体的环境，并且简单地实现了单细胞分类和封装，能够执行小型化的分析程序。总的来说，该技术具有以下特点：
①规模集成性，芯片集成的单元部件功能化越来越完善，且集成的规模也越来越大。

②分析速度快，体积小，互相之间反应灵敏，对物品检测速度快。

③廉价，安全。微流控分析系统在便携性、集成化的优势下，为生物医学、药物筛选、环境水质监测、司法鉴定等等提供了有效省时的帮助。

④高通量。高通量样品筛选。

⑤能耗低，物耗少，污染小。每个分析样品所消耗的试剂仅几微升至几十个微升，样品物质的体积小之又小，减少排放。

要实现微流体技术这些优点，功能强大的微流体装置就显得必不可少了。与微电子技术不同，微流体技术不强调减小器件的尺寸，它着重于构建微流体通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能。与宏观流体系统类似，微流体系统所需的器件也包括泵、阀、混合器、过滤器、分离器等，但这些微型器件往往都与相应的宏观器件差别甚大。为了精确设计微流体系统中所需的器件，首先要确定微通道中流体的流动性质。现在人们利用共焦显微镜成像技术可以方便地对微通道中的流动过程进行量化，达到了以往无法实现的高分辨率。

微流体芯片，又被称为“芯片实验室”（Lab-on-a-chip），它是利用微机电技术将一般实验室所使用的分离纯化混合，以及酵素反应等装置微小化到芯片上，以进行生化反应、过程控制或分析，其构造远较微数组芯片复杂得多，依其应用范围可再细分为：样品前处理芯片、反应型芯片及分析型芯片等三大类。微流体芯片可对微量流体（包括液体和气体）进行复杂、精确的操作，比如：混合和分离微量流体、化学反应、微量分析等。微流体芯片还可以在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、基因测序、单细胞分析、蛋白质结晶等方面发挥独特的作用，因为其具有体积轻巧、使用样品/试剂量少、反应速度快、大量平行处理及可抛弃式等优点，因此在生物技术研究上的应用范围非常广泛。

喷射技术是目前最成熟的微流体技术，它使用直径小于100微米的孔来产生微滴。这项技术可用于输运微反应中的微量试剂，以及将微量DNA样品分发到载体表面形成微阵列。

《单细胞中的微流体》是细胞生物学方法系列图书的第147卷，由Daniel A. Fletcher, Junsang Doh和 Matthieu Piel共同编著，于2018年第一次出版，主要讨论单细胞中的微流体的应用，总共分为3个部分，共包含12个章节，包括微生物中的微流体、细胞迁移中的微流体和细胞力学微流体学等内容。涉及细胞生物学中微流体的系列书籍还包括另外两卷，分别是：A部分：《多细胞系统的微流体》（第146卷），主讲细胞单层和球形微流体、器官上的芯片和用于模型生物的微流体学3个模块；B部分：《用于细胞和亚细胞分析的微流体》(第148卷)，讲述了细胞培养分类、基于液滴的微流体和单细胞分析等3个模块的内容。

《单细胞中的微流体》以微生物中的微流体、细胞迁移中的微流体和细胞力学微流体学三个方面为主导，介绍了微流体在单细胞中应用，以及该操作中涉及到的仪器设备、研究方法等的最新研究进展，并对具体的案例进行了详细的分析。本书既展示了最前沿的研究理论，也提供了多种可行和改进的实验方法和数据，比较了不同方法之间的优势所在。因此，本书是了解微流体技术和发展、单细胞操作的不可或缺的工具用书，适用于分子生物学、细胞生物学和微生物学等相关专业的高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研的参考书。

《单细胞中的微流体》一书作为细胞生物学和分子生物学等专业的研究读物，知识网络系统，逻辑清晰，内容丰富详实。此外，还包括一些其他的特点：

1.该书排版讲究，印刷清晰，通过将一篇篇的最新文献编绘成一个小的主题，再将这些主题汇集成一个大的知识网络，使本书要讲解的内容系统全面。

2.该书通过收录文献的方式，汇集了来自世界各地的微流体学相关领域的权威的专家，使得本书更具专业性和权威性。

3.该书每个章节均采用文字和彩图结合，读者能够根据图表更加清楚地理解文献中相关重难点问题。

4.该书涉及到的单细胞微流体研究手段和方法，比如在微生物中的应用，为国内该领域的研究人员架起了与国际接轨的桥梁，让国内科研工作者得到前沿的方法和技术。

最后，《单细胞中的微流体》为细胞生物学、分子生物学、微生物学和生物物理等专业的学生提供了前沿的研究进展，为想要了解微生物中单细胞微流体研究方法、细胞迁移中微流体的研究近况以及基于细胞力学开发的单细胞微流体仪器设备的人员提供了方便快捷的导读路径，是一本不可多得的专业工具书。

本书目录：

贡献者

前言

第一部分：用于微生物的微流体

第一章 微流体芯片在活体细胞成像实验中的药物传输和温度控制

Javier Muñoz-Garcia, Julien Babic, Damien Coudreuse

第二章 微流体装置多代时间尺度上的可控应力模式

Youlian Goulev, Audrey Matifas, Gilles Charvin

第三章 细菌抗生素耐药促进剂及其应用

Julia Bos, Robert H. Austin

第四章 用于从原始样品中捕获、扩增和检测细菌的微流体流化床

Lucile Alexandre, Iago Pereiro, Amel Bendali, Sanae Tabnaoui, ... Stéphanie Descroix

第二部分：细胞迁移的微流体

第五章 用于研究细胞在复杂但受控的3D环境中迁移的微型设计“支柱林”

Jörg Renkawitz, Anne Reversat, Alex Leithner, Jack Merrin, Michael Sixt

第六章 用微流体测量一滴血中自发中性粒细胞的运动特征

Sinan Muldur, Anika L. Marand, Felix Ellett, Daniel Irimia

第七章 通过微加工和微流体技术指导细胞在平板基板上的迁移

Emilie Le Maout, Simon Lo Vecchio, Alka Bhat, Daniel Riveline

第八章 微流体化学梯度下细胞的三维迁移

Andrew G. Clark, Anthony Simon, Koceila Aizel, Jérôme Bibette, ... Danijela Matic Vignjevic

第三部分：细胞力学微流体学

第九章 全血细胞分选和单细胞分析的微流体学

Ramanathan Vaidyanathan, Trifanny Yeo, Chwee Teck Lim

第十章 高通量单细胞机械表型与实时变形性细胞仪

Marta Urbanska, Philipp Rosendahl, Martin Kräter, Jochen Guck

第十一章 用于研究单细胞水平上宿主与微生物的动态相互作用的微流体细胞捕获装置

Chiara Toniolo, Matthieu Delincé, John D. McKinney

第十二章 研究压缩应力对酵母的影响

L.J. Holt, O. Hallatschek, M. Delarue