生物打印是一項強大的技術(shù)，在改變醫(yī)療器械制造、器官置換、疾病和生理畸形的治療等方面有潛力。然而，目前的生物打印機無法精確可靠地打印單細(xì)胞。近期，來自舊金山加利福尼亞大學(xué)AdamR.Abate教授團隊在AdvancedMaterials期刊上發(fā)表題為“High-DefinitionSingle-CellPrinting:Cell-by-CellFabricationofBiologicalStructures”文章，解決了無法精確的打印單細(xì)胞的問題。文章講述了細(xì)胞分選裝置的改進，縮短打印噴嘴與打印基板之間的距離，并實際打印細(xì)胞平面或立體結(jié)構(gòu)了來說明技術(shù)的可靠性和擴展性，還研究了打印對細(xì)胞的活性的影響。這種方法的速度、準(zhǔn)確性和靈活性將推動生物打印技術(shù)的發(fā)展，使之能夠在類器官科學(xué)、組織工程和空間靶向細(xì)胞治療方面進行新的研究。那么ATA-2031高壓放大器在微流控高分辨率單細(xì)胞打印研究中又起到什么作用呢？Aigtek安泰電子今天就帶你揭曉。

　　本文中，作者提出一種高分辨率的單細(xì)胞打印技術(shù)（HD-SCP）。這項技術(shù)通過高度小型化的細(xì)胞分選機，從而達到10μm的精度和100Hz的速度。傳統(tǒng)的流式細(xì)胞熒光分選技術(shù)(FACS)，使打印噴嘴和基板之間的距離較大，細(xì)胞的打印精度較低。如圖1所示為HD-SCP的原理。

　　HD-SCP的創(chuàng)新使細(xì)胞分選機小型化，這樣使得打印噴嘴和打印基板離得很近，從而提高打印精度。HD-SCP依賴于一種微流控打印頭，用于將含有液滴的細(xì)胞噴射到空氣中，隨后由熒光激活的分選系統(tǒng)進行選擇。通過分選機選擇具有單個細(xì)胞的液滴，從而打印細(xì)胞陣列、細(xì)胞圖案和均勻良好的球體。3d打印的元件，包括機械臺，計算機控制系統(tǒng)，從而可以打印出高分辨率的結(jié)構(gòu)。在打印過程中，基板在x–y平面的運動，這是由機械臺控制。為了進行選擇性地打印細(xì)胞，細(xì)胞用熒光染料標(biāo)記，使其被流式細(xì)胞儀識別。通過剪切聚焦氣流中的細(xì)胞懸浮液來實現(xiàn)氣溶膠化，從而產(chǎn)生含有單個細(xì)胞的液滴，這種設(shè)計使得在打印液滴時，具有可控的直徑。在傳統(tǒng)的流式細(xì)胞技術(shù)中，細(xì)胞分選是通過液滴充電和電場偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，但是這些儀器難以小型化實現(xiàn)精確控制，因此，作者開發(fā)了一種基于介電泳的細(xì)胞分選機制。

　　可通過改變外加電壓來調(diào)節(jié)帶電液滴的偏轉(zhuǎn)。同時，電極通過通斷電使得液滴偏轉(zhuǎn)（電極打開，圖2b）或直線滴落（電極關(guān)閉，圖2c）。為了收集不需要的液滴，作者在電極下游設(shè)置了一個真空通道（圖2a，左圖）。真空通道不會改變目標(biāo)液滴的運動，但會收集廢棄液滴（圖2b，右圖）。當(dāng)打印液滴時，觀察到約10%液滴含有細(xì)胞，與輸入濃度一致（圖2d）。當(dāng)作者只打印含有液滴的細(xì)胞時，大于99.5%的液滴中含有細(xì)胞（圖2e）。

　　之后，作者對打印速度和打印過程中細(xì)胞活性進行了測試如圖3所示。液滴的打印速度，在500Hz至1000Hz的液滴形成頻率范圍內(nèi)時，打印的精度仍保持99%以上（圖3a左側(cè)，每個條件下n=1200）。從混合細(xì)胞中對鈣黃綠染色細(xì)胞或鈣黃紅染色的細(xì)胞進行分類，其準(zhǔn)確率大于98%（右，每種情況下n=1300）。上面的插圖是相應(yīng)的熒光圖像(圖3a)。分選后平均細(xì)胞存活率約94%，與對照細(xì)胞（n=5）無顯著差異（圖3b）。增殖試驗表明，分選細(xì)胞和對照細(xì)胞在4天內(nèi)的生長速度相似（n=5）（圖3c）。這些實驗表明分選后的細(xì)胞沒有降低活性。

　　作者研究了打印陣列的細(xì)胞懸液的滴數(shù)、打印噴嘴與打印基板之間對理論位置偏差的影響，如圖4所示。

　　作者對設(shè)備進行編程，打印由單個液滴、五個液滴組成的陣列（圖4a）。同時也打印距離和打印精度的關(guān)系，在打印距離為3到5mm時，平均精度為約8μm（圖4b）。為了說明此方法可以精確地打印出大而復(fù)雜的細(xì)胞陣列，作者使用交替的綠色和紅色細(xì)胞打印陣列，并獲得約93.25%的打印精度（圖4c）。在每個點上打印一個綠色和一個紅細(xì)胞，精確度約為86.5%（圖4c，左中）。改變打印條件，可以打印更復(fù)雜的陣列（圖4c，右）。之后作者打印出輪廓相同但細(xì)胞密度不同的“UCSF”（圖4d）。為了打印具有不同顏色的圖像，作者使用不同的染料染色細(xì)胞，并打印100個不同顏色的細(xì)胞方塊（圖4e）。其次作者通過對二維圖案的逐層打印，生成了三維結(jié)構(gòu)（圖4f）。最后作者用綠色細(xì)胞打印了一個約2毫米高的埃菲爾鐵塔（圖4g）；

　　這種技術(shù)采用逐細(xì)胞打印，具有控制細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞成分的能力，也可以實現(xiàn)均勻球體的打印。為了驗證，作者控制起始細(xì)胞的數(shù)量對球進行打印（圖5a）。作者發(fā)現(xiàn)具有相同數(shù)量起始細(xì)胞的球體均勻性比較相近（圖5b），最終尺寸與初始細(xì)胞數(shù)是密切相關(guān)（圖5c，d）。

　　ATA-2031高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~500kHz

　　電壓：300Vp-p（±150Vp）

　　電流：120mAp

　　功率：18Wp

　　壓擺率：≥334V/μs

　　可程控

　　最后，作者總結(jié)了這種打印技術(shù)可以應(yīng)用在一些生物材料制造并為一些研究提供新的解決方案。比如運用這種技術(shù)可以打印出均勻的球體結(jié)構(gòu)，而這種球體結(jié)構(gòu)在藥物篩選方向有著重要的價值。同樣的而使用這種技術(shù)可以以新的特性來構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而使新的研究和應(yīng)用成為可能。

　　本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續(xù)關(guān)注我們。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率放大器模塊、功率信號源、射頻功率放大器、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)www.gairou.cn或撥打029-88865020。

原文鏈接：http://www.gairou.cn/news/2279.html