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            Femto Science等離子清洗機在生物醫學中的應用

             發布時間:2021-03-26 點擊量:635

               有效的生物和生物醫學研究需要對細胞微環境和生物材料特性的特殊控制。等離子體處理系統通過引入官能團對生物材料表面進行清潔、消毒和活化,而不影響其體積。材料表面親水性或疏水性的增加分別增加細胞的粘附、覆蓋和增殖或誘導球體的形成。此外,等離子體處理已被證明可以改善生物相容性和許多應用的抗生物污染特性。因此,等離子體處理被廣泛應用于細胞接種、蛋白質吸附、生物材料涂層和植入物表面活化。

             

            Femto Science Plasma→應用→生物醫學→免疫分析發展

            Femto Science等離子清洗機用于免疫分析開發,以提高設備靈敏度,并實現微流控設備制造。等離子清洗氧化材料表面,引入反應性極性官能團。通過增加固有疏水性材料的親水性,等離子體清洗可以增強抗原或抗體的固定化[1]。因此,可以將更多的抗原或抗體裝載到材料表面,從而提高設備靈敏度[4]。此外,增加表面潤濕性可防止設備內形成氣穴,使樣品和免疫分析受體之間有更多接觸[1]。用于提高儀器靈敏度的免疫分析材料包括PDMS、玻璃毛細管、聚苯乙烯纖維和棉纖維。

             

            Femto Science Plasma  →應用→生物醫學→熒光顯微鏡樣品

            等離子體去除有機污染,并將極性基團引入玻璃或石英滑動表面。因此,等離子體會去除熒光雜質,否則會出現混雜偽影。此外,等離子體處理增強了表面涂層的沉積,可用于將單個分子拴在滑動表面上。牛血清白蛋白(BSA)或聚乙二醇(PEG)通常用于在血漿處理后進行單分子研究。注意,等離子體清洗可以去除熒光顯微鏡中可能導致背景熒光的有機和生物污染物??諝饣蜓鯕獾入x子清洗無法去除有助于背景熒光的無機成分。

             

            Femto Science Plasma →應用→器件制造→芯片上的器官             

            等離子處理制成的芯片上器官模型,復制了關鍵的組織結構、功能和其他生理特征,以更好地探索藥物釋放、毒理學和疾病在體外的進展。在醫學研究中,體內試驗往往是不切實際的,動物試驗在鑒別有效藥物或有毒物質方面可能是無效的。芯片上器官模型提供了一些優勢,包括動態機械環境、空間-時間化學梯度、活細胞成像以及從患者來源的誘導多能干細胞(IPSCs)創造組織的潛力。因此,研究人員對藥物測試實驗有了更多的控制,并有了更多的分析工具。 等離子體處理和改進的微加工技術更容易促進芯片上器官模型的發展。等離子體清洗將反應性官能團引入PDMS器件表面,實現了水密共價鍵合和親水性微通道。此外,等離子體處理的PDMS表面具有改善的潤濕性,這有利于細胞的吸附,并且有利于細胞的存活、增殖和功能。

            使用Femto Science等離子清潔器開發的芯片上器官模型示例:              

            芯片上牙齒——探索生物材料對活牙髓細胞形態、代謝和功能影響的模型[1]   在氣液界面培養的Lung-on-a-chip-Calu-3細胞[2]。芯片上肌肉-通過神經肌肉接頭(NMJ)與骨骼肌相互作用的運動神經元[3]。用維拉帕米(一種已知的變時性藥物)治療芯片心臟-iPSC衍生的心肌細胞,并進行毒理學分析[4]。芯片創傷-模仿早期炎癥的旁分泌成分[5]     芯片上的膜–人宮內腔、羊膜上皮細胞(AEC)和羊膜間充質細胞(AMC)的羊膜模型[6]  芯片上的肝臟——研究乳腺癌和肝臟(患病與否)之間粒子的動態和空間傳輸[7]     芯片上腫瘤-驗證載藥納米顆粒對大腸腫瘤的療效[8]。 

            Femto Science Plasma→應用→生物學和生物醫學→鈦植入物              

            在牙科和骨科植入物的研究中,等離子處理被用于調整鈦和鈦合金的表面特性,以改善骨整合。鈦具有良好的生物相容性、耐腐蝕性和力學性能,是一種廣泛應用的植入生物材料。然而,由于未經處理的鈦具有生物惰性,它不能與周圍的骨組織形成化學鍵,從而降低其融入人體的能力。細胞的粘附和增殖受到材料表面性質的強烈影響,包括表面形貌、自由能和潤濕性。等離子體處理去除了表面的有機污染,引入了極性官能團,增加了表面自由能和潤濕性。結果表明,等離子治療鈦棒具有較高的生化拔出力,組織學檢查中骨整合完整。              

            另外,鈦種植體的生物功能化可以通過引入表面涂層來實現,從而進一步增強骨整合。例如,聚(丙烯酸)(PAA)刷已經被移植到鈦植入物上以改善細胞粘附。首先,當PGMA環氧基與功能化表面反應形成醚鍵時,PGMA層共價鍵合到等離子體處理的鈦上。PAA隨后被移植到PGMA層,形成具有Z佳細胞和組織反應的刷狀表面。

            Femto Science Plasma→應用→生物學和生物醫學→細胞粘附              

             

            細胞粘附在細胞培養和組織工程中起著不可或缺的作用。在自然環境中,細胞粘附分子(cell adhesion molecules,cam)與細胞外基質和鄰近細胞結合,為細胞活力、增殖和分化提供結構支持和化學信號。然而,大多數細胞培養材料是惰性的,阻礙了細胞的錨定。等離子體處理將生物活性、親水性官能團引入細胞培養材料,提高細胞粘附力和細胞活力。

            下面你會發現關于不同細胞培養材料的細胞粘附的信息,以及如何使用等離子體處理來增強生物相容性。細胞培養材料影響靶細胞的增殖能力和功能。這些材料提供了決定細胞形態和分化的高度特異的化學和機械線索。Z常見的是,細胞培養在等離子體處理聚苯乙烯(組織培養塑料)。雖然TCP能使細胞快速生長和發育,但扁平的細胞形態會對細胞功能產生負面影響,甚至迫使細胞通過非預期的分化途徑(例如:神經元形態與膠質細胞)。最近,三維細胞培養材料已經被用來在人工構造中再現自然環境。聚合物細胞支架因其與細胞外基質相似、成本低、化學性質惰性、無毒等優點而被廣泛應用。許多聚合物支架是可生物降解的或有其他有趣的特點,有助于他們在這些應用的成功。然而,所有這些材料都是疏水的,對細胞粘附有害。              

            等離子體處理是開發具有高細胞粘附性和親水性的生物活性細胞培養材料的重要手段??諝饣蜓鯕獾入x子體通常用于納米級清潔和引入具有高生物親和力的官能團(羧基、羥基、胺)。由于沒有危險或長時間的濕化學過程,臺式等離子清潔器可以在實驗室制造出適合細胞播種或涂層的親水表面。因此,研究人員能夠更快更容易地操縱細胞支架的化學性質。這包括引入細胞外基質成分,如纖維連接蛋白,可以進一步增強細胞功能。

            聚己內酯(PCL)由于其與天然ECM的相似性和長期無毒的生物降解速率,常被用作細胞支架。PCL有著良好的臨床記錄,并在一些現有的醫療器械中獲得了FDA的批準。等離子體處理通常用于直接增加細胞的附著,或制備PCL基底用于表面涂層以提高細胞活性。目前,PCL支架的研究主要集中在骨和軟骨的形成上。              

            細胞和組織:內皮,上皮,骨,脂肪,腎,神經元,皮膚,肝,軟骨,前交叉韌帶,心臟瓣膜,前列腺,平滑肌,腫瘤模型              

            工藝氣體:空氣、氧氣、氬氣、氮氣、二氧化碳              

            Femto Science Plasma→應用→生物學和生物醫學→DNA梳理             


             DNA梳理是一種用于DNA單分子分析的技術,它為研究人員提供了一個更好地理解復制、轉錄和單個分子相互作用動力學的機會。雖然DNA測序技術的進步迅速增強了我們解碼基因組的能力,但單憑DNA序列并不能完全解釋細胞特定的蛋白質組。類似地,整體分析,即在大的群體中平均DNA特征,不能解決單個DNA分子之間的本質差異。為了實現單分子分析,高密度的DNA層被固定并均勻拉伸。通過DNA梳理,可以使用各種熒光成像技術分析高達12MbDNA PIAN段。              

            DNA梳理的等離子體處理              

            DNA梳理包括固定化、排列和拉伸三個關鍵步驟,每一個步驟都通過等離子體處理得到增強。等離子體處理去除了納米級的有機污染物,并在材料表面引入了極性官能團。等離子體處理引入的羥基與硅烷上的烷氧基反應,形成強共價鍵。反過來,DNA分子在溶液中結合硅烷的乙烯基(-CH=CH2)。因此,表面羥基的有效性直接影響固定在材料表面的DNA分子的密度。此外,鍵的強度使DNA能夠拉伸。              

            血漿VS食人魚              

            Z常見的替代等離子體處理DNA梳理的方法是食人魚清洗,這一過程增加了復雜性和安全隱患。食人魚是一種硫酸和過氧化氫的混合物,也用于清除基質上的有機殘留物,并提供羥基化表面。由于食人魚固有的危險性,它的使用往往局限于潔凈室和訓練有素的專業人員。此外,臺式等離子清洗機比化學處理更通用,使研究人員能夠在處理后快速硅烷化其基質。這可能導致更密集的硅烷層適合DNA梳理。

             

            Femto Science Plasma→應用→改變表面化學→組織培養塑料(聚苯乙烯)    


            廉價,一次性和透明,等離子體處理聚苯乙烯,或組織培養塑料(
            TCP),是Z廣泛使用的細胞培養材料,不僅因為它的上述品質,而且因為它的生物親和力。哺乳動物細胞具有錨定依賴性,依賴于它們與其他細胞、細胞外基質(ECM)和/或物質基質的連接來控制重要功能,如細胞內和細胞外通訊、凋亡(細胞程序性死亡)、形態、功能和分化??缒さ鞍?、整合素和細胞粘附分子(CAM)錨定在周圍環境中,并通過細胞骨架發送信號,驅動這些過程[1]。為了在組織培養中產生功能和形態上J確的細胞群,平臺必須模擬產生特定細胞類型的生物環境。未經處理的聚苯乙烯表面主要由疏水性苯基組成,不存在于體內,不利于細胞錨定。等離子體處理用親水性羰基、羥基或含胺官能團(取決于工藝氣體)取代這些苯基,這些官能團更適合細胞粘附[2]。此外,帶負電(空氣或氧氣)和親水性的組織培養塑料表面增加了細胞培養基成分的非特異性吸附,并使隨后的涂層進一步促進細胞粘附。                        

            Femto Science Plasma→應用→改變表面化學→APTES  

            3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)是一種氨基硅烷,最初是作為親和層析的吸附劑開發的,現已發展成為細胞研究和微流控器件制造中改善表面化學的通用工具。在等離子清洗之后,處理過的材料的表面具有高的自由能,沒有污染物,并且被親水性官能團修飾。在很長一段時間內,這種高能狀態會隨著分子的重新排列而減弱,重新回到主體中,并最終呈現出較低的能量結構。隨后用APTE處理交換親水性、胺攜帶分子的表面官能團。這使得長期的研究,其中表面親水性的處理材料是保持。 APTES表面功能化的兩個主要應用是熱塑性微流控器件的制備和適合細胞研究的微環境的開發。聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)等熱塑性塑料是微流控器件的理想材料,因為它們可以通過熱成型以高速度和低成本生產。在等離子體清洗和APTES處理后,熱塑性塑料被粘合到PDMS上。這些微流控器件保持其親水性多年。在細胞研究中,APTES是一個基本的表面基團,可以用來引入必要的細胞外基質成分,如膠原蛋白、戊二醛和細胞特異性蛋白質。

             

             

            Femto Science Plasma→應用→生物學和生物醫學→微流控細胞培養   

                  

            微流控設備正迅速成為比宏觀培養容器(培養皿、燒瓶和孔板)更為有利的細胞培養平臺,有著廣泛的應用前景。二維細胞培養得益于一個龐大的資源庫:測量pH、CO2、O2等的標準協議、材料和方法。然而,已經觀察到,生長在平坦平臺上的細胞在形態、表型和細胞-細胞/細胞外基質(ECM)相互作用方面與它們的生物對應物有顯著差異。從這些培養平臺得到的結果可能與真實的生物系統有很大的不同,這使得一些結果不適用。 相比之下,微流控設備可以通過定制生長因子、機械和化學刺激等來模擬生理或病理微環境,以匹配正在培養的特定細胞群。此外,這些設備需要較少的細胞和試劑。因此,微流控技術在組織工程、干細胞研究、藥物篩選等領域有著廣泛的應用。

             

            Femto Science Plasma→應用→生物學與生物醫學→神經元形態與功能 

            神經元的形態、增殖和功能受一個復雜的化學和生物物理信號系統的調節,這個系統被稱為神經元生態位。試圖模擬神經元活動、開發功能性組織或測試藥物傳遞機制的研究人員需要重現這種高度特定的環境,以獲得準確的結果。過去,神經學研究是在二維環境中進行的,這種環境通過誘導扁平的形態、功能減弱和膠質細胞分化的趨勢來限制電位。目前,研究人員正在利用定制的PDMS結構來產生具有神經元特定幾何形狀和化學信號的微環境。例如,在等離子體處理后用聚鳥氨酸和層粘連蛋白對PDMS表面進行功能化,使研究人員能夠構建復雜的、單向的神經元網絡。等離子體處理使材料表面的功能化能夠Z佳地模擬神經元生態位。

             

             

             

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