用于组合式液滴生成的双层微流控装置

我们肿瘤学系统生物学研究团队采用计算与实验相结合的方法，揭示塑造肿瘤微环境的复杂机制。我们基于临床数据和癌症生物学建立数学模型，以识别影响个体治疗反应的关键因素，最终目标是提升精准肿瘤学的水平。鉴于肿瘤对治疗反应具有异质性和动态性，扰动生物学已显示出克服基因组生物标志物局限性的潜力。

我们的方法是将具有接受能力的肿瘤细胞进行广泛的抗癌药物筛选，以鉴定肿瘤的表型特性，从而确定更有效的抗癌治疗方案。微流控技术是一种有价值的技术，可通过将少量样本（如肿瘤活检样本）分配到独立的区室（如液滴或塞段）中，实现对微量样本的分析。该技术还可控制每个塞段的化学成分，从而生成多种化学性质不同的塞段群体。

本文介绍了一种完全基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的装置，其中流体流动由压力驱动的Quake阀进行调控，从而实现对不同液滴群体的快速、可控且可编程的生成。此外，由于Quake阀本身也由PDMS制成，因此可无缝集成到装置的制备过程中。将从癌细胞高通量组合筛选中获得的数据与数学模型相结合，将有助于我们研究调控肿瘤微环境行为的信号通路。

这项研究将为精准肿瘤学的新策略铺平道路，为针对个体患者制定个性化治疗方案提供理论依据。首先，为微流控装置的每个控制通道截取一段PTFE管。在一端插入一根23号、0.5英寸鲁尔接头短针的针头。

将鲁尔接头连接至雄性鲁尔接头，然后将连接器插入一段聚氨酯管中。将聚氨酯管的另一端直接连接至电磁阀。

接下来，将一个23号、0.5英寸的鲁尔接头短管连接到注射器末端。用注射器吸取水。将聚四氟乙烯（PTFE）管的自由端连接到注射器上。

注入水，直至管路约一半位置。然后将管路从注射器上断开，并将游离端插入相应控制通道的打孔中。重复此操作，直至每个控制通道均连接至对应的电磁阀。

接下来，启动主界面程序。按下“Pressurize All Control Channels”选项以打开阀门。这将推动管路中的液体进入微流控装置的控制通道，从而将其充满。

对于每一种水相试剂，截取一段足够长的聚四氟乙烯（PTFE）管，以连接泵与微流控装置的入口。将一根23号、0.5英寸的鲁尔接头短管连接到注射器的一端。用所需的试剂填充注射器。

将试剂注入管路，直至管路充满。将管路的游离端插入微流控芯片上对应的试剂入口。通过软件，向每个入口的水相试剂施加400毫巴的压力。

使用主界面程序依次单独对控制通道进行减压。如有必要，可点击程序中“控制通道手动加压”标签框内的相应图标，以驱动各个阀门。在对油试剂重复加压操作后，点击“对所有控制通道减压”以同时对所有通道进行减压。

现在单击“Pressurize All Control Channels”以重新加压控制通道。通过在CSV文件中对每个液滴群的组成、序列和重复次数进行编码，并用“0”标记需要打开相应入口的控制通道，或用“1”标记需要关闭的控制通道。该文件将作为主界面程序中自动实验的输入文件。

接下来，单击“实验文件”选项卡中的文件夹图标以加载 CSV 文件。输入相关字段，例如实验重复次数、减压时间以及加压时间。然后在“条形码进样通道”部分选择对应条形码生成的进样通道，并设置其开启持续时间。

或者，可将条形码直接硬编码到输入的 CSV 文件中。现在将入口油相试剂的压力从 400 毫巴降低至 200 毫巴。接着，将一段 PTFE 管路连接至出口，用于收集液滴。

使用预填充的管路来平衡出口处的压力差。最后，按下“运行实验”以启动程序并开始生产。阀门能够在输入压力约为800毫巴时调节液体流动。

在 1200 毫巴时，输入压力过高，无法进行流量调节。当蒸馏水在恒定压力下注入时，流速降至零。减压后，流速恢复至驱动前的水平。

然而，在恒定流速下，阀门驱动未能实现入口的完全关闭。为了验证该装置的功能，生成了一个定量的组合液滴库。