【引言】

釀酒酵母菌是一種具有高工業(yè)附加值的菌種，其在真核和人類細(xì)胞研究等領(lǐng)域也有著非常重要的作用。釀酒酵母菌由于自身所在的細(xì)胞周期不同，遺傳特性不同或是所處的環(huán)境不同可展現(xiàn)出球形單體，有芽雙體或形成團(tuán)簇等多種形貌。因此獲得具有高純度單一形貌的釀酒酵母菌無(wú)論是對(duì)生物學(xué)基礎(chǔ)性研究還是對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域均有著非常重要的意義。

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【成果簡(jiǎn)介】

麥考瑞大學(xué)Ming Li課題組利用MicroWriter ML3小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)制備了一系列矩形微流控通道。在制備的微流控通道中，通過粘彈性流體和牛頓流體的共同作用對(duì)不同形貌的釀酒酵母菌進(jìn)行了有效的分類和收集。借助MicroWirter ML3中所采用的無(wú)掩模技術(shù)，課題組輕松實(shí)現(xiàn)了對(duì)微流控傳輸通道長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)，優(yōu)化出對(duì)不同形貌酵母菌進(jìn)行分類的最佳參數(shù)。

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【圖文導(dǎo)讀】

圖1.在MicroWriter制備的微流控通道中利用粘彈性流體對(duì)不同形貌的釀酒酵母菌進(jìn)行分類。

（a）對(duì)不同形貌釀酒酵母菌，而非根據(jù)尺寸進(jìn)行分類的原理圖。微流控結(jié)構(gòu)有兩個(gè)入口，一個(gè)是用于注入釀酒酵母菌溶液，另一個(gè)用于注入聚氧乙烯（PEO）鞘液。除此之外，該結(jié)構(gòu)還有一個(gè)微流控傳輸通道，一個(gè)擴(kuò)展區(qū)和七個(gè)出口。所有的酵母菌初期排列在鞘液的邊緣，在界面彈性升力和內(nèi)在升力的共同作用下，釀酒酵母菌根據(jù)形貌在鞘液內(nèi)被分類。

（b）對(duì)釀酒酵母菌進(jìn)行形貌分類的微流控通道設(shè)計(jì)圖（左）和用MicroWirter ML3制備出的實(shí)際微流控通道（右）的對(duì)比。圖中比例尺為10 μm。

圖2. 微流控傳輸通道的長(zhǎng)度對(duì)不同形貌釀酒酵母菌分類的影響。

（a）不同形貌的釀酒酵母菌在不同長(zhǎng)度傳輸通道參數(shù)下的實(shí)際結(jié)果。黑色虛線代表傳輸通道的中心線。圖中比例尺是50 μm。

（b）不同形貌的釀酒酵母菌在側(cè)向的分布結(jié)果，單體（藍(lán)色），有芽雙體（黃色）和形成團(tuán)簇（紫色）。誤差棒代表測(cè)量100次實(shí)驗(yàn)的分布結(jié)果。

圖3. PEO濃度1000 ppm，微流控傳輸通道長(zhǎng)度15 mm，酵母菌流量為1μL/min, 鞘液流量為5μL/min的條件下不同形貌的釀酒酵母菌的分類和收集效果。

（a）收集不同形貌釀酒酵母菌的七個(gè)出口。

（b）不同形貌酵母菌在入口和出口的比較圖。

（c）實(shí)驗(yàn)表明不同形貌的酵母菌可在不同出口處進(jìn)行收集。單體主要在O1出口，形成團(tuán)簇的菌主要O4出口。

（d）不同出口處對(duì)不同形貌的釀酒酵母菌的分類結(jié)果，單體（藍(lán)色），有芽雙體（黃色）和形成團(tuán)簇（紫色）。

（e）和（f）不同出口對(duì)不同形貌的釀酒酵母菌的分離和收集結(jié)果的柱狀圖。誤差棒代表著三次實(shí)驗(yàn)的誤差結(jié)果。

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【結(jié)論】

隨著微流控在生物領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，影響力逐漸擴(kuò)大，如何快速開發(fā)出符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原型微流控結(jié)構(gòu)變得十分重要。由于實(shí)驗(yàn)過程中需要及時(shí)修改相應(yīng)的參數(shù)，得到優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，靈活多變的光刻手段顯得尤為重要。從上文中可以看出，MicroWirter ML3小型臺(tái)式無(wú)掩膜光刻機(jī)可以幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)原型微流控結(jié)構(gòu)的開發(fā)，助力生物相關(guān)微流控領(lǐng)域的研究。

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【參考文獻(xiàn)】

[1]. Liu P ,? Liu H ,? Yuan D , et al. Separation and Enrichment of Yeast Saccharomyces cerevisiae by Shape Using Viscoelastic Microfluidics[J]. Analytical Chemistry, 2021, 93(3):1586-1595.