生物芯片与药物开发

§1.细胞分析芯片

电阻抗芯片、细胞活力电旋转和神经细胞网络电生理监测芯片

细胞电阻抗传感技术是一种能够对细胞的生物学行为进行实时、定量、非标记和自动化检测的细胞分析技术。我们设计的传感芯片采用微加工技术制备,有插指阵列式和环岛阵列式两种类型,分别针对不同的生物学应用量身定制。该技术在为细胞生物学研究提供了一种独特的观察平台,以期借助细胞电阻抗传感技术以动态视角,在细胞水平定量地研究生命现象。

细胞活力电旋转检测芯片的原理是,当细胞被置于一个由外加高频交流电所产生的旋转电场中时,会受转动力矩的作用。当细胞生理状态不同时,其旋转情况也不同。通过观测细胞在芯片上的旋转情况,就可以了解细胞的生理状态。属于非侵入式、非标记、无损伤的检测方式,可以实现细胞活性的实时在线检测。
 
神经细胞网络电生理检测芯片是通过与细胞接触的金属微电极实现检测神经元自发的或者受到外界刺激(电刺激、化学刺激等)时电信号发放变化的情况。该芯片巧妙地利用负向介电力快速有效地定位不同数量的细胞至记录微电极上,以形成不同复杂程度的神经网络,同时提高芯片的检测性能。此类型芯片是神经网络研究的有力工具,有助于探索神经元群体信息传递和储存的过程,揭示电活动参与大脑的生长发育、学习记忆、感觉运动整合等过程的相关机制。

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代表论文

  1. Wang, L., Yin, H., Xing, W., Yu, Z., Guo, M. and Cheng, J. (2010) “Real-time, label-free monitoring of the cell cycle with a cellular impedance sensing chip” Biosensors and Bioelectronics, 25(5):990-995.
     
  2. Wang, L., Wang, H., Mitchelson, K., Yu, Z. and Cheng, J. (2008) “Analysis of the sensitivity and frequency characteristics of coplanar electrical cell-substrate impedance sensors” Biosensors and Bioelectronics, 24(1):14-21.
     
  3. Pan, L., Xiang, G., Huang, L., Yu, Z., Cheng, J., Xing, W. and Zhou, Y. (2008) “Automatic positioning and sensing microelectrode array (APSMEA) for multi-site electrophysiological recordings” Journal of Neuroscience Methods, 170:123-129.

§2.细胞操作芯片

电转染和高通量细胞培养与转染芯片

细胞电穿孔是一种通过脉冲电场作用使细胞膜表面形成可恢复的微孔从而将外源物质(质粒、RNA、蛋白、药物等)导入细胞的一项技术,具有转染效率高、无细胞毒性、成本低等优点。我们成功开发了一系列用于贴壁和悬浮细胞转染的电穿孔芯片和装置,为基因功能研究、药物开发提供高效、高通量的转染工具。

药物开发需要高通量的细胞培养与操作平台,我们成功开发了一款阵列式微坑细胞培养芯片。该芯片表面具有一层超疏水聚合物,可以将每一个微坑彻底隔绝开来,实现对细胞培养微环境的独立控制。该芯片具有操作简便、通量高等多种优势,并且可以在芯片上实现对细胞化学转染等操作。

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代表论文

  1. Xu, Y., Su, S., Zhou, C., Lu, Y. and Xing, W. (2015) “Cell electroporation with a three-dimensional microelectrode array on a printed circuit board” Bioelectrochemistry, 102:35-41.
     
  2. Xu, Y., Lu, Y. and Xing, W. (2014) “An individually addressable suspended-drop electroporation system for high-throughput cell transfection” Lab on a Chip,14(4):686-90.

§3.中药鉴定与功能研究

中药材是中华民族的珍贵宝藏,中药材的真伪、品质和道地性鉴定是保证中药疗效的重要基础,我们利用多样性微阵列芯片技术、简化基因组测序等方法为重要的中药检测开发新的标志物,实现客观、精确、快速的鉴定。

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中药的功能研究

传统中药越来越多地被应用于新的治疗领域,例如黄连被证明具有良好的降血脂、降血糖功能。我们利用生物芯片以及细胞分子生物学手段对重要中药进行了系统的功能研究,努力实践“中药西释”。

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高通量药物筛选

为了快速、自动化、灵敏、定量以及成本低廉地进行药物开发,我们建立了基于高通量测序的高通量药物筛选平台,可以对成千上万种药物单体或粗提物进行功能筛选。

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代表专利

  1. 黄璐琦,孙义民,谢兰,袁媛,李好勋,穆婧,程京。检测黄连分子标记多态性的物质在鉴定或辅助鉴定黄连属植物中的应用。专利申请号:201510419214.7