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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(duì)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(duì)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(shí)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(rùn)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(dòng)表面。因此，等離子體會(huì)去除熒光雜質(zhì)，否則會(huì)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(gè)分子拴在滑動(dòng)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。空氣或氧氣等離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(yàn)往往是不切實(shí)際的，動(dòng)物試驗(yàn)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(shì)，包括動(dòng)態(tài)機(jī)械環(huán)境、空間-時(shí)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(duì)藥物測(cè)試實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了水密共價(jià)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(rùn)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(duì)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(yùn)動(dòng)神經(jīng)元[3]。用維拉帕米（一種已知的變時(shí)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(dòng)態(tài)和空間傳輸[7] 芯片上腫瘤-驗(yàn)證載藥納米顆粒對(duì)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(rùn)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(rùn)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(shí)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(shí)，PGMA層共價(jià)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(hào)。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(huì)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(zhǎng)和發(fā)育，但扁平的細(xì)胞形態(tài)會(huì)對(duì)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(diǎn)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(diǎn)，有助于他們?cè)谶@些應(yīng)用的成功。然而，所有這些材料都是疏水的，對(duì)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。空氣或氧氣等離子體通常用于納米級(jí)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(xiǎn)或長(zhǎng)時(shí)間的濕化學(xué)過程，臺(tái)式等離子清潔器可以在實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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?dú)狻⒍趸?/font>
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(gè)更好地理解復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和單個(gè)分子相互作用動(dòng)力學(xué)的機(jī)會(huì)。雖然DNA測(cè)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(gè)DNA分子之間的本質(zhì)差異。為了實(shí)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(gè)關(guān)鍵步驟，每一個(gè)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(jí)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(jià)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(xiǎn)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(tái)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(jià)，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?yàn)樗纳鲜銎焚|(zhì)，而且因?yàn)樗纳镉H和力。哺乳動(dòng)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(hào)，驅(qū)動(dòng)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(tái)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這種高能狀態(tài)會(huì)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(zhǎng)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(gè)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?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^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(gè)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(tái)，有著廣泛的應(yīng)用前景。二維細(xì)胞培養(yǎng)得益于一個(gè)龐大的資源庫(kù)：測(cè)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(zhǎng)在平坦平臺(tái)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(duì)應(yīng)物有顯著差異。從這些培養(yǎng)平臺(tái)得到的結(jié)果可能與真實(shí)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(zhǎng)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(gè)復(fù)雜的化學(xué)和生物物理信號(hào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，這個(gè)系統(tǒng)被稱為神經(jīng)元生態(tài)位。試圖模擬神經(jīng)元活動(dòng)、開發(fā)功能性組織或測(cè)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(shì)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(hào)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(duì)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。