ATA-2031高壓放大器在微流控高分辨率單細胞打印研究中的應用
生物打印是一項強大的技術，在改變醫療器械制造、器官置換、疾病和生理畸形的治療等方面有潛力。然而，目前的生物打印機無法精確可靠地打印單細胞。近期，來自舊金山加利福尼亞大學AdamR.Abate教授團隊在AdvancedMaterials期刊上發表題為“High-DefinitionSingle-CellPrinting:Cell-by-CellFabricationofBiologicalStructures”文章，解決了無法精確的打印單細胞的問題。文章講述了細胞分選裝置的改進，縮短打印噴嘴與打印基板之間的距離，并實際打印細胞平面或立體結構了來說明技術的可靠性和擴展性，還研究了打印對細胞的活性的影響。這種方法的速度、準確性和靈活性將推動生物打印技術的發展，使之能夠在類器官科學、組織工程和空間靶向細胞治療方面進行新的研究。那么ATA-2031高壓放大器在微流控高分辨率單細胞打印研究中又起到什么作用呢？Aigtek安泰電子今天就帶你揭曉。
本文中，作者提出一種高分辨率的單細胞打印技術（HD-SCP）。這項技術通過高度小型化的細胞分選機，從而達到10μm的精度和100Hz的速度。傳統的流式細胞熒光分選技術(FACS)，使打印噴嘴和基板之間的距離較大，細胞的打印精度較低。如圖1所示為HD-SCP的原理。
HD-SCP的創新使細胞分選機小型化，這樣使得打印噴嘴和打印基板離得很近，從而提高打印精度。HD-SCP依賴于一種微流控打印頭，用于將含有液滴的細胞噴射到空氣中，隨后由熒光激活的分選系統進行選擇。通過分選機選擇具有單個細胞的液滴，從而打印細胞陣列、細胞圖案和均勻良好的球體。3d打印的元件，包括機械臺，計算機控制系統，從而可以打印出高分辨率的結構。在打印過程中，基板在x–y平面的運動，這是由機械臺控制。為了進行選擇性地打印細胞，細胞用熒光染料標記，使其被流式細胞儀識別。通過剪切聚焦氣流中的細胞懸浮液來實現氣溶膠化，從而產生含有單個細胞的液滴，這種設計使得在打印液滴時，具有可控的直徑。在傳統的流式細胞技術中，細胞分選是通過液滴充電和電場偏轉來實現的，但是這些儀器難以小型化實現精確控制，因此，作者開發了一種基于介電泳的細胞分選機制。
可通過改變外加電壓來調節帶電液滴的偏轉。同時，電極通過通斷電使得液滴偏轉（電極打開，圖2b）或直線滴落（電極關閉，圖2c）。為了收集不需要的液滴，作者在電極下游設置了一個真空通道（圖2a，左圖）。真空通道不會改變目標液滴的運動，但會收集廢棄液滴（圖2b，右圖）。當打印液滴時，觀察到約10%液滴含有細胞，與輸入濃度一致（圖2d）。當作者只打印含有液滴的細胞時，大于99.5%的液滴中含有細胞（圖2e）。
之后，作者對打印速度和打印過程中細胞活性進行了測試如圖3所示。液滴的打印速度，在500Hz至1000Hz的液滴形成頻率范圍內時，打印的精度仍保持99%以上（圖3a左側，每個條件下n=1200）。從混合細胞中對鈣黃綠染色細胞或鈣黃紅染色的細胞進行分類，其準確率大于98%（右，每種情況下n=1300）。上面的插圖是相應的熒光圖像(圖3a)。分選后平均細胞存活率約94%，與對照細胞（n=5）無顯著差異（圖3b）。增殖試驗表明，分選細胞和對照細胞在4天內的生長速度相似（n=5）（圖3c）。這些實驗表明分選后的細胞沒有降低活性。
作者研究了打印陣列的細胞懸液的滴數、打印噴嘴與打印基板之間對理論位置偏差的影響，如圖4所示。
作者對設備進行編程，打印由單個液滴、五個液滴組成的陣列（圖4a）。同時也打印距離和打印精度的關系，在打印距離為3到5mm時，平均精度為約8μm（圖4b）。為了說明此方法可以精確地打印出大而復雜的細胞陣列，作者使用交替的綠色和紅色細胞打印陣列，并獲得約93.25%的打印精度（圖4c）。在每個點上打印一個綠色和一個紅細胞，精確度約為86.5%（圖4c，左中）。改變打印條件，可以打印更復雜的陣列（圖4c，右）。之后作者打印出輪廓相同但細胞密度不同的“UCSF”（圖4d）。為了打印具有不同顏色的圖像，作者使用不同的染料染色細胞，并打印100個不同顏色的細胞方塊（圖4e）。其次作者通過對二維圖案的逐層打印，生成了三維結構（圖4f）。最后作者用綠色細胞打印了一個約2毫米高的埃菲爾鐵塔（圖4g）；
這種技術采用逐細胞打印，具有控制細胞數量和細胞成分的能力，也可以實現均勻球體的打印。為了驗證，作者控制起始細胞的數量對球進行打印（圖5a）。作者發現具有相同數量起始細胞的球體均勻性比較相近（圖5b），最終尺寸與初始細胞數是密切相關（圖5c，d）。
帶寬：（-3dB）DC~500kHz
電壓：300Vp-p（±150Vp）
電流：120mAp
功率：18Wp
壓擺率：≥334V/μs
可程控
最后，作者總結了這種打印技術可以應用在一些生物材料制造并為一些研究提供新的解決方案。比如運用這種技術可以打印出均勻的球體結構，而這種球體結構在藥物篩選方向有著重要的價值。同樣的而使用這種技術可以以新的特性來構建細胞結構，從而使新的研究和應用成為可能。
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