该研究受自然界中猪笼草瓶口特殊三维楔形结构的启发,创新性地将三维倾斜微阵列表面用于高通量液滴、细胞和颗粒的分散阵列化。研究人员描述了该3D仿生猪笼草瓶口表面(NPS)在滑动模式下,借助曲率诱导的拉普拉斯压力实现了超快微滴生成;以及在爬升模式下,利用蒸发驱动的马朗戈尼效应实现了高密度微颗粒的聚集与排列。通过调节接触角和倾斜角,观察到液滴由于接触线各向异性的运动与钉扎,在NPS上表现出不同的润湿现象,且由于不同条件下的膜厚梯度,导致微液滴的产生和微颗粒的阵列效果具有显著差异。在实验室经过初步优化,NPS可在65秒内排列粒径为5微米,覆盖率为85%的40万个微珠;可在3秒内排列直径约20微米,覆盖率为100%的成千上万的微滴。此外,研究人员进行了dELISA的概念演示,获得了各种浓度下良好阵列的免疫复合物微珠阵列,验证了C型反应性蛋白(CRP)的计算浓度与常规ELISA测定的良好一致性。这种精心设计的仿生表面表现出了优异、便捷的高通量阵列性能,并作为一种超快、通用、直接在水溶液中捕获和阵列单细胞的方法,可广泛应用于各种物理、生物和化学分析,特别是可视化的高通量阵列分析。
该研究展示了很强的应用价值和潜力,可在数秒到数十秒之内生成数以万计的单分散、高密度液滴和微珠阵列。经过后续技术完善,有望实现分子数字PCR与数字ELISA在同一芯片及仪器平台的复用,并可支持96样本同时进样,有望大幅缩短处理时间,降低芯片成本、整机费用和单次测试样本成本,促进dPCR和dELISA的普及化。
该研究获得了国家自然科学基金、广东省干细胞重大专项、广东省应用科技专项及深圳市技术攻关项目等资助。
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