microfluidic Chip Shop公司的错流膜芯片(Fluidic 480)能够研究两室间组分交换的动态及其对细胞培养的影响。微流控细胞芯片由两个腔室组成，腔室之间用透气膜隔开。细胞可以接种在膜的一侧或两侧，暴露在流动的生长培养基中。实验包括在其中一个腔室中加入一种化学物质或药物。渗透型错流膜将允许分子转移到膜的另一侧。在本应用说明中，我们描述了一个合适的实验装置来使用错流膜微流控芯片。

错流膜芯片

错流膜芯片的应用：

• 稀释过程
• 缓冲液置换
• 液体-液体界面
• 内联过滤
• 器官芯片的分子运输屏障模型（细胞相互作用和信号传递）
• 芯片肺：气体交换，气液界面
• 肠道芯片、胎盘芯片（母胎屏障）、大脑芯片（血脑屏障）：分子成分（营养物质、毒素、药品等）的转运和摄取
• 肾脏芯片：过滤

错流膜微流控装置组成：

由OB1 MK4压力控制器、MFS流量控制器、储液池以及错流膜芯片组成

图1：错流膜实验装置

1.   流量控制器 OB1 MK4，至少有2个通道 0/2000 mbar

2.   2个流量传感器MFS3 2-80 ?l/min

3.   微流控三通阀(3/2 valve)和1个MUX wire阀控制器

4.   来自microfluidic Chip Shop公司的错流膜微流控芯片：Fluidic 480

5.   2×12cm的125μm直径的电阻

6.   75cm 1/16 " OD的导管

7.   100 cm OD 760μm的导管

8.   4 x 15ml falcon管

9.   3 x 15ml falcon的保压帽

10.  20 x Eppendorf 1.5 ml 试管

11.  微量吸管

12.  Elveflow 鲁尔锁接头等相关配件

13.  公Mini Luer接头1包，microfluidic ChipShop (Fluidic 997)

14.  用于控制压力控制器、流量传感器和MUX wire的计算机

化学制品

1.   过滤后的水

2.   示踪剂（如食品染料）

错流膜微流控芯片的设计

图2：microfluidic Chip Shop fluidic 480错流膜微流控芯片

图表1：错流膜芯片的参数介绍

错流膜微流控芯片由2个叠层腔室组成，每个腔室有1个入口和1个出口(端口1&2腔室A，端口3&4腔室B)，由多孔膜隔开。组分可以通过扩散或活性通量从一个腔室跨膜运输到另一个腔室。载玻片本身提供了两个立的微流控芯片，在这里可以进行两个立的实验。腔室的Mini Luer接口与microfluidic Chip Shop的Mini Luer连接器和插头相配合。OD 760μm的导管可直接推入Mini Luer管卡接头。

图3：Mini Luer接口适合Chip Shop的Mini Luer连接器和插头。OD 760μm的导管可以连接到Mini Luer管卡接头上。

错流膜快速入门指南

仪器连接

• 用气管将您的OB1压力控制器连接到外部压力源，用USB线连接到电脑。
• 将流量传感器连接到OB1上。
• 按下电源开关，打开OB1。
• 启动Elveflow软件。
• 按Add instrument （添加仪器）选择 OB1 （设置为MK4），如果需要，设置压力通道，给仪器起个名字，然后按OK保存更改。您的OB1现在应该在识别设备的列表中。
• OB1在一次使用时需要进行校准。
• 添加流量传感器：按Add sensor（添加传感器）选择流量传感器（模拟或数字）（如果您有一个模拟的传感器，请选择流量的工作范围），给传感器起一个名字，选择传感器连接到哪个设备和通道，按OK保存更改。您的流量传感器应该出现在认可的设备列表中。
• 打开OB1窗口。

设置准备

• 在两个储液池中注入水，一个注入示踪剂溶液。
• 用气管将储液池A的保压盖直接连接到OB1上。将储液池B1和B2的盖子用T型接头分开，如示意图所示，并连接到OB1上。
• 用1/16 "OD的导管将储液池B1和B2连接到微流控三通阀(3/2 valve)：水处于N.O.位置（常开），示踪剂处于N.C.位置（常闭）。用1/16 "OD的导管将微流控三通阀(3/2 valve)的出口连接到流量传感器上。
• 用1/16 "导管将储液池A连接到流量传感器上。
• 在每个流量传感器的出口处添加12cm的125μm内径的电阻管，然后是一个螺纹接头，以及一段760μmOD的导管，准备在吹扫后重新连接到相应的芯片进口处（见下面的步骤）。
• 在每个流量传感器的出口处加入12 cm的125μm ID电阻管，然后一个螺纹接头，以及一段760μm OD管，在吹洗后(步骤如下:)准备重新连接到合适的芯片入口。

系统清洗程序

建议在芯片保持断开的情况下，对空气导管进行吹扫。

•  使用Mini Luer连接器对错流膜微流控通道的所有入口和出口进行安保护。
• 将OB1设置为压力控制模式，输入一个相对较高的压力值，如200 mbar，并开始对A管路入口储液池加压，一旦导管出现液滴将其插入Mini Luer接头。对二入口导管进行类似处理。一旦芯片通道出口处出现液滴，连接出口处导管并将导管末端端置于样品储液器(25 ml Falcon管)中。对于腔室B管路，先吹扫储液池B2 (示踪剂)直到导管末端出现液滴，切换到储液池B1，一旦导管末端出现液滴连接到芯片上，如上所述。
• 将储液池切换到传感器控制模式并设定所需流量，如30 ?L / min。调节ESI中的流量控制参数( PID )来微调流量反馈回路的灵敏度和响应度。

实验

实验的原理是先用空白溶液(如使用细胞的水或培养基)使导管和芯片饱和，然后让示踪剂或化学物在B室流动，并在A室的出口处定期收集样品。收集的样品可以进行跨膜运输分析，如使用分光光度计。下面的结果显示了示踪剂(一种有色染料)的到达时间和A室的稳态浓度：

• 准备20个1.5ml的Eppendorf试管，贴上标签并排列在架子上，同时准备一个方便的计时器。
• 确定一个取样顺序，例如实验流速为36μL/min，导管长度如图1所述，5min后取一个样品，10min后取二个，然后每min取一个。总的实验时间为28min。
• 一旦两个腔室的流量值读数稳定，如30μL/min，切换阀门，让染料在腔室B中流动，将腔室A的出口导管末端放在一个Eppendorf管中，并启动计时器。5min后，将导管放在二个Eppendorf试管中，以此类推，直到采样顺序结束。
• 停止流动。
• 用微吸管在每个样品中加入400μL的过滤水，以便有足够的体积用于分光光度计的测量。
• 通过分光光度计扫描每个样品，建立示踪剂突破曲线。

用细胞进行芯片接种

对于涉及细胞的应用，先需要对芯片进行接种。下面是在错流膜微流控芯片中进行细胞接种的标准协议。我们建议在接种细胞时，用培养基对芯片进行预填充，以对芯片进行预处理，防止气泡形成。

从培养瓶中胰酶消化细胞。旋下重新组合，去除胰蛋白酶。仔细计数并制备细胞浓度优化适合您实验设置的细胞悬液。用轻轻吹打的方法将上室A充满细胞类型A，下室B充满培养基。将芯片置于CO2培养箱中6 ~ 24h，使细胞在静态条件(孵育时间取决于不同细胞类型的贴壁时间)下贴壁。为防止通道干涸，用Mini Luer Plugs关闭所有端口。然后用B型腔填充腔室B，将所有进气口塞紧并翻转芯片。将芯片置于CO2培养箱中同上，使细胞贴附于膜上。一旦细胞贴壁良好，遵循系统吹扫程序，将芯片连接到流动系统。接种细胞的错流膜芯片将允许例如监测细胞如何影响跨膜运输或建立器官芯片实验装置。

分光光度计测量的错流膜芯片穿透曲线

图4：A腔出口处测量的吸光度，示踪剂到达时间约为10 min，达到稳态平台。

图中显示了在腔室A出口处收集的样品的吸光度。我们观察到10分钟后的初至时间，在~ 18分钟后达到一个平台，表明浓度在两个腔室之间平衡。这对整个微流控系统在溶质传输方面的动力学给出了指示。为了获得浓度值，需要进行适当和特定的(根据使用的示踪剂类型)校准。