產品搜尋
會員登入/註冊
English
公司據點
器官晶片的長期再循環應用
引言
器官晶片（Organ-on-a-chip）技術需要在微流體系統中提供良好控制且穩定的流體灌流，以最佳方式模擬生理微環境，進而獲得更深入的細胞反應洞察，使其體外實驗結果更貼近體內情境。
若需要研究複雜一點的情境，則要讓培養液能進行持續流動與循環。
圖 1：從活體器官到器官晶片
培養液循環的優勢
此技術具有以下幾項優勢，並有助於我們理解潛在的生理機制：
在生物體內，細胞始終承受某種形式的剪切應力（如胃液、尿液、血液等，圖2），因此此種動態細胞培養的配置可提供更具生物學相關性的解釋。
除了能夠持續提供養分與氧氣外，培養液會隨時間累積細胞分泌因子，模擬體內的細胞間訊息傳遞。
培養液循環可支持長期實驗（數小時／數天／數週）。
圖 2：動態細胞培養以更好地模擬體內細胞
培養液循環技術
培養液循環可透過不同技術實現，視應用需求而定：
重力驅動：例如使用搖擺平台，雖然簡單有效，但流速無法控制，生理相關性有限。
注射幫浦：適合部分單向流情境，但因注射器容量有限，不利於長期實驗。
蠕動幫浦：能將培養液由同一儲液槽循環，但流動具明顯脈動（超過設定流速的40%波動），可能影響細胞膜完整性及生理功能，甚至造成貼附細胞脫落。
壓力控制幫浦：提供高精準度與穩定流速，反應速度也優於其他技術。
Fluigent 的 Omi 系統專為器官晶片應用而設計，能在長期細胞培養下維持受控的剪切應力環境。
圖 3：使用蠕動幫浦和壓力控制幫浦的流速穩定性
Omi 技術介紹
Omi 是一款創新的平台，能提供多種器官晶片應用。
它是一台基於壓力控制的流體控制器，能夠實現高響應度、穩定且無脈動的流動。
Omi是一個緊湊裝置，整合所有微流體再循環設置的關鍵組件：壓力源、壓力控制器、流量感測器（用於流速調節）、儲液槽，以及所有管路和電氣連接（圖4）
圖 4：一體式再循環系統Omi
在 Omi 的再循環系統中，有兩個流體路徑：第一個從進樣儲液槽通過晶片到出樣儲液槽，第二個直接連接兩個儲液槽（圖 5）
圖 5：Omi 中的再循環系統和流路路徑
系統配備獨家專利液位感測器，能自動偵測何時需補充液體，達成全自動化循環。
這些光學感測器是紅外 LED 和紅外光接收器的組合，整合成單一組件。
Omi 的耗材包含了拋棄式無菌卡匣與晶片轉接器，可搭配任何類型的微流體晶片，確保生物和器官晶片應用的再現性與無汙染環境
圖 6：一次性無菌卡匣和晶片轉接器
Omi 的微流體系統可透過本機的觸控螢幕手動控制，或透過 Wi-Fi 連接遠端控制。遠端控制有兩個選項：透過平板電腦上的應用程式，或透過任何支援瀏覽器的裝置上的網頁介面。
專屬軟體（圖 7）允許建立具有預定義步驟的協議，例如注射、灌注、取樣和再循環，並定義參數如體積、流速、持續時間或流模式。軟體以圖形化界面呈現，允許配對和註冊裝置、監控實驗。
圖 7：Omi軟體界面
材料與方法
Omi 是一個自動化壓力基流控製器，能執行各種灌注協議：簡單灌注、單向再循環、取樣和注射。
由於搭配晶片轉接器，幾乎任何微晶片皆可與之使用，適合不同細胞培養或器官晶片模型。
它可直接放入培養箱進行長期實驗，或移至顯微鏡下進行即時觀察。
若需雙晶片共培養，也可互連兩台 Omi。
圖 8：Omi單機
實驗證實，能將Omi 放置在培養箱內穩定維持流速（5/10/50 µL/min）長達14天，並於儲液槽補液後自動啟動新循環週期。
結果
圖 9 是流速（µL/min，橙色圖表）和壓力速率（mbar，紫色圖表）對時間的放大呈現。
這一小部分實驗僅顯示經過了幾分鐘的時間，以強調再循環和重新填充步驟。
在再循環循環期間，由感測器測量的速率非常穩定。
一旦進樣儲液槽用罄，壓力將下降，流將停止，閥門將打開，允許液體重新填充至儲液槽，並開始新的循環。
圖 9：分別為 5 µL/min、10 µL/min 或 50 µL/min 的流速和壓力速率隨時間監控
圖 10 顯示感測器測量的流速和壓力，在 14 天實驗的 11 小時部分（輸入流速 50 µL/min）。
如圖所示，Omi 裝置能夠維持穩定流速（5/10/50 µL/min），並定期重新填充步驟，持續數天而無儲液槽清空和重新填充的問題。
Omi 是許多生物應用的合適解決方案，從流下細胞培養和活細胞成像到研究細胞分泌組和器官晶片應用
圖 10：使用 Omi 再循環系統進行的數小時再循環
