【摘 要】
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随着微流控技术的发展,用于生物化学领域的芯片实验室（Lab-on-a-chip）的开发已经发展成了一种趋势。目前的微流控系统中,通过介电润湿效应（EWOD）驱动液滴的数字微流控（DMF）技术可以通过控制单个液滴的运动、混合、分离等动作来操作液滴,具有高灵活性、高自动化和高通量等优点,在无细胞生物学领域得到了广泛的关注。无细胞生物学由于其反应环境的开放性和可控性,近年来在体外获得了迅速的发展。然而,
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随着微流控技术的发展,用于生物化学领域的芯片实验室（Lab-on-a-chip）的开发已经发展成了一种趋势。目前的微流控系统中,通过介电润湿效应（EWOD）驱动液滴的数字微流控（DMF）技术可以通过控制单个液滴的运动、混合、分离等动作来操作液滴,具有高灵活性、高自动化和高通量等优点,在无细胞生物学领域得到了广泛的关注。无细胞生物学由于其反应环境的开放性和可控性,近年来在体外获得了迅速的发展。然而,复杂的液体处理方案是麻烦的,特别是大规模、同时执行多个不同的反应。数字微流控技术是一种基于特定电极阵列,利用液滴在疏水表面的介电润湿现象来实现离散液滴有序精确可控的新型微液滴操控技术。我们可以通过改变电极阵列的形式设计开发出适用于多种场景的自动化便携式合成平台。本文开发了一套适用于多种场景的集成化无细胞蛋白表达系统数字微流控平台,实现了几种常见蛋白的DNA组装和芯片合成。首先,本文从实际应用角度出发,制作了两种常见的数字微流控芯片:印刷电路（PCB）芯片和玻璃基底金电极阵列芯片。同时设计并开发出一套基于Arduino开发板和Python的数字微流控控制系统,并针对其编写了对应的桌面端图形化程序,可以在界面进行液滴操控使整个装置具有集成化和自动化的优势。运用该平台我们成功实现了封闭式数字微流控平台的DNA组装和扩增。相较于传统方法,数字微流控技术可以让DNA组装消耗更少的试剂和时间,但是开放式的反应环境和芯片表面的液滴运动导致其需要如下额外条件:合适的扩增和组装条件;适量的非离子表面活性剂;额外的功能因子。完成DNA组装后,我们将无细胞蛋白的合成体系与DNA组装扩增系统整合,搭建了一套基于数字微流控的模块化无细胞蛋白表达系统,并成功实现从编码DNA合成GFP、mCherry、mOrange等蛋白,其结果可以达到常规方法产量的80-90%,其产量甚至高于商业试剂盒。相较于传统方法,该平台操作简便、成本低廉,节省了基因克隆、转化筛选等操作的时间,在临床诊断、即时检测等领域具有良好的应用前景。
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