Введение

Интегрированная нанолитровая система – это измерительное, разделяющее и смешивающее устройство, способное измерять жидкости в объеме нанолитров, смешивать различные жидкости для получения конкретного продукта и разделять раствор на более простые составляющие. Все характеристики интегрированной нанолитровой системы специально разработаны для управления очень малыми объемами жидкости (именуемыми микрофлюидными растворами). Масштабируемость интегрированной нанолитровой системы зависит от типа метода обработки, на котором она основана (именуемого технологической платформой), при этом каждый метод обработки имеет свои преимущества и недостатки. Возможные области применения интегрированной нанолитровой системы включают контроль биологических жидкостей (именуемый синтетической биологией) и точное обнаружение изменений в клетках для генетических целей (например, анализ экспрессии генов в отдельных клетках), где уменьшенный масштаб напрямую влияет на результат и точность.

Особенности

Интегрированная нанолитровая система состоит из микрофабрикованных каналов для жидкости, нагревателей, датчиков температуры и флуоресцентных детекторов. Микрофабрикованные каналы для жидкости (по сути, очень маленькие трубки) служат основными транспортными структурами для любых жидкостей и местом, где происходят реакции в системе. Для протекания необходимых реакций требуется регулировка температуры. Поэтому нагреватели прикреплены к некоторым микрофабрикованным каналам для жидкости. Для контроля и поддержания необходимой температуры датчики температуры играют решающую роль в успешном протекании реакций. Для точного отслеживания жидкостей до и после реакции используются флуоресцентные детекторы для регистрации их перемещения в системе. Например, когда определенная жидкость проходит через определенную точку, где она вызывает или возбуждает излучение света, флуоресцентный детектор способен зарегистрировать это излучение и вычислить время, необходимое для достижения этой точки.

Электрокинетическая манипуляция

Основным методом обработки для управления жидкостью на этой технологической платформе является капиллярный электрофорез, который основан на электрокинетическом явлении. Капиллярный электрофорез – эффективный метод управления жидкостями, поскольку заряженные частицы жидкости направляются управляемым электрическим полем внутри системы. Однако одним из недостатков данной методики является сильная зависимость управления частицами жидкости от их исходного заряда. Другой недостаток – возможность утечек жидкости внутри системы, возникающих из-за диффузии, которая зависит от размера частиц жидкости.

Анализ экспрессии генов в одной клетке

Еще одно возможное применение интегрированной нанолитровой системы – анализ экспрессии генов в отдельных клетках. Одним из преимуществ использования интегрированной нанолитровой системы является ее способность более точно определять изменения экспрессии генов по сравнению с предыдущим методом микромассивов. Микроскопическая масштабируемость нанолитровой системы (от нанолитров до пиколитров) позволяет анализировать экспрессию генов на уровне отдельных клеток (около 1 пиколитра), в то время как микромассив анализирует изменения экспрессии генов, усредняя данные по большой группе клеток. Другим удобным и важным преимуществом интегрированной нанолитровой системы является возможность предварительного размещения всех необходимых биологических жидкостей в системе, путем хранения каждой жидкости в специализированной микрофабрикованной жидкостной сети. Интегрированная нанолитровая система удобна тем, что биологическими жидкостями управляет компьютер, в отличие от предыдущих систем, требовавших ручной загрузки каждой жидкости. Кроме того, интегрированная нанолитровая система важна для анализа экспрессии генов, поскольку "закрытая" конструкция системы во время работы предотвращает нежелательное влияние загрязнений на результаты анализа.