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Femto Science等離子清洗機(jī)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
有效的生物和生物醫(yī)學(xué)研究需要對細(xì)胞微環(huán)境和生物材料特性的特殊控制,。等離子體處理系統(tǒng)通過引入官能團(tuán)對生物材料表面進(jìn)行清潔,、消毒和活化,，而不影響其體積,。材料表面親水性或疏水性的增加分別增加細(xì)胞的粘附,、覆蓋和增殖或誘導(dǎo)球體的形成,。此外,，等離子體處理已被證明可以改善生物相容性和許多應(yīng)用的抗生物污染特性。因此,，等離子體處理被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞接種,、蛋白質(zhì)吸附、生物材料涂層和植入物表面活化,。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物醫(yī)學(xué)→免疫分析發(fā)展
Femto Science等離子清洗機(jī)用于免疫分析開發(fā),，以提高設(shè)備靈敏度，并實現(xiàn)微流控設(shè)備制造,。等離子清洗氧化材料表面,，引入反應(yīng)性極性官能團(tuán)。通過增加固有疏水性材料的親水性,，等離子體清洗可以增強(qiáng)抗原或抗體的固定化[1],。因此，可以將更多的抗原或抗體裝載到材料表面,，從而提高設(shè)備靈敏度[4],。此外，增加表面潤濕性可防止設(shè)備內(nèi)形成氣穴,，使樣品和免疫分析受體之間有更多接觸[1],。用于提高儀器靈敏度的免疫分析材料包括PDMS、玻璃毛細(xì)管,、聚苯乙烯纖維和棉纖維,。
Femto Science Plasma →應(yīng)用→生物醫(yī)學(xué)→熒光顯微鏡樣品
等離子體去除有機(jī)污染，并將極性基團(tuán)引入玻璃或石英滑動表面,。因此,，等離子體會去除熒光雜質(zhì),，否則會出現(xiàn)混雜偽影。此外,，等離子體處理增強(qiáng)了表面涂層的沉積,，可用于將單個分子拴在滑動表面上。牛血清白蛋白（BSA）或聚乙二醇（PEG）通常用于在血漿處理后進(jìn)行單分子研究,。注意,，等離子體清洗可以去除熒光顯微鏡中可能導(dǎo)致背景熒光的有機(jī)和生物污染物?？諝饣蜓鯕獾入x子清洗無法去除有助于背景熒光的無機(jī)成分,。
Femto Science Plasma →應(yīng)用→器件制造→芯片上的器官
用等離子處理制成的芯片上器官模型，復(fù)制了關(guān)鍵的組織結(jié)構(gòu),、功能和其他生理特征,，以更好地探索藥物釋放、毒理學(xué)和疾病在體外的進(jìn)展,。在醫(yī)學(xué)研究中,，體內(nèi)試驗往往是不切實際的，動物試驗在鑒別有效藥物或有毒物質(zhì)方面可能是無效的,。芯片上器官模型提供了一些優(yōu)勢,，包括動態(tài)機(jī)械環(huán)境、空間-時間化學(xué)梯度,、活細(xì)胞成像以及從患者來源的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（IPSCs）創(chuàng)造組織的潛力,。因此，研究人員對藥物測試實驗有了更多的控制,，并有了更多的分析工具,。 等離子體處理和改進(jìn)的微加工技術(shù)更容易促進(jìn)芯片上器官模型的發(fā)展。等離子體清洗將反應(yīng)性官能團(tuán)引入PDMS器件表面,，實現(xiàn)了水密共價鍵合和親水性微通道,。此外，等離子體處理的PDMS表面具有改善的潤濕性,，這有利于細(xì)胞的吸附,，并且有利于細(xì)胞的存活、增殖和功能,。
使用Femto Science等離子清潔器開發(fā)的芯片上器官模型示例：
芯片上牙齒——探索生物材料對活牙髓細(xì)胞形態(tài),、代謝和功能影響的模型[1] 在氣液界面培養(yǎng)的Lung-on-a-chip-Calu-3細(xì)胞[2]。芯片上肌肉-通過神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）與骨骼肌相互作用的運動神經(jīng)元[3],。用維拉帕米（一種已知的變時性藥物）治療芯片心臟-iPSC衍生的心肌細(xì)胞,，并進(jìn)行毒理學(xué)分析[4]。芯片創(chuàng)傷-模仿早期炎癥的旁分泌成分[5] 芯片上的膜–人宮內(nèi)腔,、羊膜上皮細(xì)胞（AEC）和羊膜間充質(zhì)細(xì)胞（AMC）的羊膜模型[6] 芯片上的肝臟——研究乳腺癌和肝臟（患病與否）之間粒子的動態(tài)和空間傳輸[7] 芯片上腫瘤-驗證載藥納米顆粒對大腸腫瘤的療效[8],。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)→鈦植入物
在牙科和骨科植入物的研究中,，等離子處理被用于調(diào)整鈦和鈦合金的表面特性，以改善骨整合,。鈦具有良好的生物相容性,、耐腐蝕性和力學(xué)性能，是一種廣泛應(yīng)用的植入生物材料,。然而,，由于未經(jīng)處理的鈦具有生物惰性，它不能與周圍的骨組織形成化學(xué)鍵,，從而降低其融入人體的能力,。細(xì)胞的粘附和增殖受到材料表面性質(zhì)的強(qiáng)烈影響，包括表面形貌,、自由能和潤濕性,。等離子體處理去除了表面的有機(jī)污染，引入了極性官能團(tuán),，增加了表面自由能和潤濕性,。結(jié)果表明，等離子治療鈦棒具有較高的生化拔出力,，組織學(xué)檢查中骨整合完整。
另外,，鈦種植體的生物功能化可以通過引入表面涂層來實現(xiàn),，從而進(jìn)一步增強(qiáng)骨整合。例如,，聚（丙烯酸）（PAA）刷已經(jīng)被移植到鈦植入物上以改善細(xì)胞粘附,。首先，當(dāng)PGMA環(huán)氧基與功能化表面反應(yīng)形成醚鍵時,，PGMA層共價鍵合到等離子體處理的鈦上,。PAA隨后被移植到PGMA層，形成具有Z佳細(xì)胞和組織反應(yīng)的刷狀表面,。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)→細(xì)胞粘附
細(xì)胞粘附在細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程中起著*的作用,。在自然環(huán)境中，細(xì)胞粘附分子（cell adhesion molecules,，cam）與細(xì)胞外基質(zhì)和鄰近細(xì)胞結(jié)合,，為細(xì)胞活力、增殖和分化提供結(jié)構(gòu)支持和化學(xué)信號,。然而,，大多數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)材料是惰性的，阻礙了細(xì)胞的錨定,。等離子體處理將生物活性,、親水性官能團(tuán)引入細(xì)胞培養(yǎng)材料,，提高細(xì)胞粘附力和細(xì)胞活力。
下面你會發(fā)現(xiàn)關(guān)于不同細(xì)胞培養(yǎng)材料的細(xì)胞粘附的信息,，以及如何使用等離子體處理來增強(qiáng)生物相容性,。細(xì)胞培養(yǎng)材料影響靶細(xì)胞的增殖能力和功能。這些材料提供了決定細(xì)胞形態(tài)和分化的高度特異的化學(xué)和機(jī)械線索,。Z常見的是,，細(xì)胞培養(yǎng)在等離子體處理聚苯乙烯（組織培養(yǎng)塑料）。雖然TCP能使細(xì)胞快速生長和發(fā)育,，但扁平的細(xì)胞形態(tài)會對細(xì)胞功能產(chǎn)生負(fù)面影響,，甚至迫使細(xì)胞通過非預(yù)期的分化途徑（例如：神經(jīng)元形態(tài)與膠質(zhì)細(xì)胞）。最近,，三維細(xì)胞培養(yǎng)材料已經(jīng)被用來在人工構(gòu)造中再現(xiàn)自然環(huán)境,。聚合物細(xì)胞支架因其與細(xì)胞外基質(zhì)相似、成本低,、化學(xué)性質(zhì)惰性,、無毒等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。許多聚合物支架是可生物降解的或有其他有趣的特點,，有助于他們在這些應(yīng)用的成功,。然而，所有這些材料都是疏水的,，對細(xì)胞粘附有害,。
等離子體處理是開發(fā)具有高細(xì)胞粘附性和親水性的生物活性細(xì)胞培養(yǎng)材料的重要手段?？諝饣蜓鯕獾入x子體通常用于納米級清潔和引入具有高生物親和力的官能團(tuán)（羧基,、羥基、胺）,。由于沒有危險或長時間的濕化學(xué)過程,，臺式等離子清潔器可以在實驗室制造出適合細(xì)胞播種或涂層的親水表面。因此,，研究人員能夠更快更容易地操縱細(xì)胞支架的化學(xué)性質(zhì),。這包括引入細(xì)胞外基質(zhì)成分，如纖維連接蛋白,，可以進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)胞功能,。
聚己內(nèi)酯（PCL）由于其與天然ECM的相似性和長期無毒的生物降解速率，常被用作細(xì)胞支架,。PCL有著良好的臨床記錄,，并在一些現(xiàn)有的醫(yī)療器械中獲得了FDA的批準(zhǔn)。等離子體處理通常用于直接增加細(xì)胞的附著，或制備PCL基底用于表面涂層以提高細(xì)胞活性,。目前,，PCL支架的研究主要集中在骨和軟骨的形成上。
細(xì)胞和組織：內(nèi)皮,，上皮,，骨，脂肪,，腎,，神經(jīng)元，皮膚,，肝,，軟骨，前交叉韌帶,，心臟瓣膜,，前列腺，平滑肌,，腫瘤模型
工藝氣體：空氣,、氧氣、氬氣,、氮氣,、二氧化碳
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)→DNA梳理
DNA梳理是一種用于DNA單分子分析的技術(shù)，它為研究人員提供了一個更好地理解復(fù)制,、轉(zhuǎn)錄和單個分子相互作用動力學(xué)的機(jī)會,。雖然DNA測序技術(shù)的進(jìn)步迅速增強(qiáng)了我們解碼基因組的能力，但單憑DNA序列并不能*解釋細(xì)胞特定的蛋白質(zhì)組,。類似地，整體分析,，即在大的群體中平均DNA特征,，不能解決單個DNA分子之間的本質(zhì)差異。為了實現(xiàn)單分子分析,，高密度的DNA層被固定并均勻拉伸,。通過DNA梳理，可以使用各種熒光成像技術(shù)分析高達(dá)12Mb的DNA PIAN段,。
DNA梳理的等離子體處理
DNA梳理包括固定化,、排列和拉伸三個關(guān)鍵步驟，每一個步驟都通過等離子體處理得到增強(qiáng),。等離子體處理去除了納米級的有機(jī)污染物,，并在材料表面引入了極性官能團(tuán)。等離子體處理引入的羥基與硅烷上的烷氧基反應(yīng),，形成強(qiáng)共價鍵,。反過來,，DNA分子在溶液中結(jié)合硅烷的乙烯基（-CH=CH2）。因此,，表面羥基的有效性直接影響固定在材料表面的DNA分子的密度,。此外，鍵的強(qiáng)度使DNA能夠拉伸,。
血漿VS食人魚
Z常見的替代等離子體處理DNA梳理的方法是食人魚清洗,，這一過程增加了復(fù)雜性和安全隱患。食人魚是一種硫酸和過氧化氫的混合物,，也用于清除基質(zhì)上的有機(jī)殘留物,，并提供羥基化表面。由于食人魚固有的危險性,，它的使用往往局限于潔凈室和訓(xùn)練有素的專業(yè)人員,。此外，臺式等離子清洗機(jī)比化學(xué)處理更通用,，使研究人員能夠在處理后快速硅烷化其基質(zhì),。這可能導(dǎo)致更密集的硅烷層適合DNA梳理。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→改變表面化學(xué)→組織培養(yǎng)塑料（聚苯乙烯）
廉價,，一次性和透明,，等離子體處理聚苯乙烯，或組織培養(yǎng)塑料（TCP）,，是Z廣泛使用的細(xì)胞培養(yǎng)材料,，不僅因為它的上述品質(zhì)，而且因為它的生物親和力,。哺乳動物細(xì)胞具有錨定依賴性,，依賴于它們與其他細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）和/或物質(zhì)基質(zhì)的連接來控制重要功能,，如細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外通訊,、凋亡（細(xì)胞程序性死亡）、形態(tài),、功能和分化,。跨膜蛋白,、整合素和細(xì)胞粘附分子（CAM）錨定在周圍環(huán)境中,，并通過細(xì)胞骨架發(fā)送信號，驅(qū)動這些過程[1],。為了在組織培養(yǎng)中產(chǎn)生功能和形態(tài)上J確的細(xì)胞群,，平臺必須模擬產(chǎn)生特定細(xì)胞類型的生物環(huán)境。未經(jīng)處理的聚苯乙烯表面主要由疏水性苯基組成，不存在于體內(nèi),，不利于細(xì)胞錨定,。等離子體處理用親水性羰基、羥基或含胺官能團(tuán)（取決于工藝氣體）取代這些苯基,，這些官能團(tuán)更適合細(xì)胞粘附[2],。此外，帶負(fù)電（空氣或氧氣）和親水性的組織培養(yǎng)塑料表面增加了細(xì)胞培養(yǎng)基成分的非特異性吸附,，并使隨后的涂層進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞粘附,。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→改變表面化學(xué)→APTES
（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）是一種氨基硅烷,，最初是作為親和層析的吸附劑開發(fā)的,，現(xiàn)已發(fā)展成為細(xì)胞研究和微流控器件制造中改善表面化學(xué)的通用工具。在等離子清洗之后,，處理過的材料的表面具有高的自由能,，沒有污染物,，并且被親水性官能團(tuán)修飾。在很長一段時間內(nèi),，這種高能狀態(tài)會隨著分子的重新排列而減弱,，重新回到主體中，并最終呈現(xiàn)出較低的能量結(jié)構(gòu),。隨后用APTE處理交換親水性,、胺攜帶分子的表面官能團(tuán)。這使得長期的研究,，其中表面親水性的處理材料是保持,。 APTES表面功能化的兩個主要應(yīng)用是熱塑性微流控器件的制備和適合細(xì)胞研究的微環(huán)境的開發(fā)。聚碳酸酯（PC）,、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）等熱塑性塑料是微流控器件的理想材料,，因為它們可以通過熱成型以高速度和低成本生產(chǎn)。在等離子體清洗和APTES處理后,，熱塑性塑料被粘合到PDMS上,。這些微流控器件保持其親水性多年。在細(xì)胞研究中,，APTES是一個基本的表面基團(tuán)，可以用來引入必要的細(xì)胞外基質(zhì)成分,，如膠原蛋白,、戊二醛和細(xì)胞特異性蛋白質(zhì)。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)→微流控細(xì)胞培養(yǎng)
微流控設(shè)備正迅速成為比宏觀培養(yǎng)容器（培養(yǎng)皿,、燒瓶和孔板）更為有利的細(xì)胞培養(yǎng)平臺,，有著廣泛的應(yīng)用前景。二維細(xì)胞培養(yǎng)得益于一個龐大的資源庫：測量pH、CO2,、O2等的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,、材料和方法。然而,，已經(jīng)觀察到,，生長在平坦平臺上的細(xì)胞在形態(tài)、表型和細(xì)胞-細(xì)胞/細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相互作用方面與它們的生物對應(yīng)物有顯著差異,。從這些培養(yǎng)平臺得到的結(jié)果可能與真實的生物系統(tǒng)有很大的不同,，這使得一些結(jié)果不適用。 相比之下,，微流控設(shè)備可以通過定制生長因子,、機(jī)械和化學(xué)刺激等來模擬生理或病理微環(huán)境，以匹配正在培養(yǎng)的特定細(xì)胞群,。此外,，這些設(shè)備需要較少的細(xì)胞和試劑。因此,，微流控技術(shù)在組織工程,、干細(xì)胞研究、藥物篩選等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,。
Femto Science Plasma→應(yīng)用→生物學(xué)與生物醫(yī)學(xué)→神經(jīng)元形態(tài)與功能
神經(jīng)元的形態(tài),、增殖和功能受一個復(fù)雜的化學(xué)和生物物理信號系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，這個系統(tǒng)被稱為神經(jīng)元生態(tài)位,。試圖模擬神經(jīng)元活動,、開發(fā)功能性組織或測試藥物傳遞機(jī)制的研究人員需要重現(xiàn)這種高度特定的環(huán)境，以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果,。過去,，神經(jīng)學(xué)研究是在二維環(huán)境中進(jìn)行的，這種環(huán)境通過誘導(dǎo)扁平的形態(tài),、功能減弱和膠質(zhì)細(xì)胞分化的趨勢來限制電位,。目前，研究人員正在利用定制的PDMS結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生具有神經(jīng)元特定幾何形狀和化學(xué)信號的微環(huán)境,。例如,，在等離子體處理后用聚鳥氨酸和層粘連蛋白對PDMS表面進(jìn)行功能化，使研究人員能夠構(gòu)建復(fù)雜的,、單向的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),。等離子體處理使材料表面的功能化能夠Z佳地模擬神經(jīng)元生態(tài)位。