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Chromatogr. A等期刊发表研究论文400余篇，授权专利30项，并在专利基础上研制成功多款仪器设备，得到普及推广。目前兼任中国化学会监事会监事、分析化学专业委员会副主任、质谱分析专业委员会副主任，中国药学会药物分析专业委员会副主任委员，中国分析测试协会常务理事等多种学术委员会委员。Trends in Analytical Chemistry责任编辑，Journal of Advanced Research、Luminescence、J. Pharm. Anal.、Chinese Chemical Letters、《质谱学报》和《分析试验室》等期刊副主编。《药物分析杂志》、《分析化学》、Sci. Rep.、Talanta、Anal. Chim. Acta、Science China Chemistry等多种国内外期刊编委。 目錄： 第1章 绪论 001 1.1　细胞分析 001 1.1.1　细胞的发现 001 1.1.2　细胞培养与观察 003 1.1.3　细胞组分分析 005 1.1.4　细胞研究的挑战与机遇 007 1.2　微流控芯片 007 1.2.1　基本概念 007 1.2.2　发展历史 008 1.2.3　微尺度下流体的基本特征 010 1.2.4　微流控芯片应用领域 011 1.3　微流控细胞分析 012 1.3.1　发展过程 012 1.3.2　微流控芯片的细胞培养 015 1.3.3　单细胞分析 017 1.4　微流控细胞分析发展趋势 018 参考文献 019 思考题 021 第2章 微流控芯片的设计与制作 022 2.1　概述 022 2.2　芯片材料 023 2.2.1　无机材料 023 2.2.2　硅弹性体材料 024 2.2.3　热固性与热塑性材料 026 2.2.4　凝胶材料 027 2.2.5　纸基材料 028 2.2.6　杂化材料 029 2.3　芯片制作方法 030 2.3.1　标准光刻法 030 2.3.2　软光刻法 034 2.3.3　聚焦离子束加工法 035 2.3.4　电子束光刻法 036 2.3.5　三维打印技术 037 2.3.6　芯片制作环境要求 039 2.4　功能单元的集成 039 2.4.1　微泵和微阀 039 2.4.2　细胞培养单元 040 2.4.3　芯片离心装置 040 参考文献 042 思考题 043 第3章 微流控细胞培养与微环境构建 045 3.1　概述 045 3.2　细胞培养 046 3.2.1　二维培养 046 3.2.2　三维培养 048 3.2.3　静态培养 049 3.2.4　动态培养 053 3.2.5　细胞共培养 057 3.3　微环境构建 058 3.3.1　物理因素作用 058 3.3.2　化学因素作用 058 3.3.3　细胞与细胞间相互作用 059 3.3.4　细胞与细胞外基质间相互作用 061 3.4　总结与展望 062 参考文献 063 思考题 068 第4章 微流控细胞操控技术 069 4.1　概述 069 4.2　细胞分选 070 4.2.1　磁方法 070 4.2.2　电方法 071 4.2.3　光方法 074 4.2.4　声方法 075 4.2.5　流体动力学方法 077 4.2.6　大小和可变形性 079 4.3　细胞捕获 080 4.3.1　抗体亲和识别 080 4.3.2　核酸适配体识别 081 4.3.3　微结构捕获 081 4.4　细胞处理 082 4.4.1　细胞裂解 082 4.4.2　细胞配对和融合 085 4.4.3　细胞膜穿孔 086 4.5　总结与展望 088 参考文献 088 思考题 090 第5章 微流控单细胞分析 091 5.1　概述 091 5.1.1　单细胞分析与微流控 091 5.1.2　单细胞分析技术发展历程 093 5.2　单细胞分离 096 5.2.1　微阀门技术 096 5.2.2　微孔和微坝 096 5.2.3　流体动力分离 097 5.2.4　介电泳 098 5.2.5　液滴法 098 5.3　单细胞裂解 099 5.3.1　化学法 099 5.3.2　机械法 100 5.3.3　电裂解法 100 5.3.4　激光法 101 5.3.5　热裂解法 102 5.4　单细胞检测分析 102 5.4.1　光学分析 102 5.4.2　电化学分析 104 5.4.3　质谱分析 105 5.5　总结与展望 107 参考文献 107 思考题 114 第6章 开放式微流控细胞分析 116 6.1　概述 116 6.2　开放式微流控的基本概念 116 6.3　活体单细胞提取器 117 6.3.1　基本原理 117 6.3.2　计算流体力学模拟 118 6.3.3　单细胞提取异质性分析 118 6.3.4　单细胞水平上细胞黏附强度与细胞活性关联性分析 120 6.4　单个循环肿瘤细胞在内皮细胞层上的黏附分析 121 6.4.1　细胞-细胞黏附分析测量原理 121 6.4.2　计算流体力学模拟 122 6.4.3　循环肿瘤细胞在内皮细胞层上的黏附分析 123 6.4.4　药物对细胞-细胞黏附的影响 124 6.5　微流体细胞切割刀技术 126 6.5.1　基本原理 126 6.5.2　计算流体力学模拟 127 6.5.3　细胞切割与损伤修复 128 6.5.4　细胞器传输速度测定 128 6.6　总结与展望 130 参考文献 130 思考题 130 第7章 微流控细胞迁移研究 132 7.1　概述 132 7.2　细胞迁移研究的传统方法 133 7.2.1　细胞划痕法 133 7.2.2　培养插入法 134 7.2.3　电阻抗传感法 135 7.2.4　Boyden小室法/Transwell法 136 7.3　微流控芯片在细胞迁移中的应用 137 7.3.1　趋化性 137 7.3.2　趋电性 140 7.3.3　趋触性 142 7.4　总结与展望 143 参考文献 143 思考题 145 第8章 微流控液滴制备方法与应用 146 8.1　概述 146 8.1.1　液滴的基本概念 147 8.1.2　液滴的功能与主要特征 147 8.1.3　液滴生成原理 148 8.2　微流控液滴制备方法 149 8.2.1　T形交叉结构法 149 8.2.2　聚焦流结构法 149 8.2.3　同流结构法 150 8.2.4　其他方法 150 8.3　液滴微流体的生物医学应用 154 8.3.1　细胞载体 154 8.3.2　细胞包封 154 8.3.3　细胞培养 156 8.3.4　细胞冷冻、复苏、释放 157 8.4　单细胞研究 158 8.4.1　单细胞包封与培养 159 8.4.2　单细胞分选 159 8.4.3　单细胞分析检测 160 8.5　组织工程 161 8.5.1　类器官 161 8.5.2　可注射疗法 162 8.5.3　干细胞治疗 163 8.6　总结与展望 164 参考文献 165 思考题 167 第9章 液滴单细胞分析 169 9.1　概述 169 9.1.1　单细胞基因组和转录组分析 170 9.1.2　单细胞蛋白质分析 170 9.1.3　单细胞代谢分析 170 9.2　液滴的形成 171 9.2.1　喷墨打印技术 171 9.2.2　芯片上的液滴制备技术 174 9.3　单细胞封装 176 9.3.1　被动封装法 177 9.3.2　主动封装法 178 9.4　液滴单细胞质谱分析 178 9.4.1　单细胞脂质分析 179 9.4.2　单细胞代谢物分析 180 9.4.3　单细胞蛋白质分析 181 9.5　总结与展望 181 参考文献 182 思考题 183 第10章 微流控芯片-质谱联用细胞分析 184 10.1　概述 184 10.2　质谱仪 ESI 接口 185 10.2.1　芯片直接喷口 186 10.2.2　芯片外接接口 187 10.2.3　一体化接口 187 10.3　质谱仪 MALDI 接口 188 10.4　芯片中细胞样品的预处理 189 10.4.1　微萃取芯片的制作 190 10.4.2　MEC芯片的萃取效果 192 10.5　微流控芯片-质谱联用技术的应用 193 10.6　总结与展望 194 参考文献 195 思考题 197 第11章 微流控芯片上微生物的研究技术 199 11.1　概述 199 11.2　微生物的培养方式 200 11.2.1　微生物的特点 200 11.2.2　微生物培养基的选择 200 11.2.3　微生物接种方式 201 11.2.4　微生物生长的影响因素 201 11.3　基于微流控技术研究细菌的基本方法 202 11.3.1　通道内培养 202 11.3.2　微室内培养 203 11.3.3　凝胶液滴包裹 204 11.3.4　微流控培养的优势 204 11.4　微生物与微流控技术联用的应用 205 11.4.1　微生物培养与鉴定 205 11.4.2　抗药性检测 206 11.4.3　毒性检测 206 11.4.4　癌症检测与治疗 207 11.4.5　微生物燃料电池 207 11.4.6　食品安全 208 11.5　总结与展望 208 参考文献 209 思考题 210 第12章 微流控芯片上组织/器官模拟 212 12.1　概述 212 12.2　器官芯片的特点 213 12.3　器官芯片的构建方法 214 12.4　器官芯片的类型 215 12.4.1　肝 215 12.4.2　肠 217 12.4.3　肺 218 12.4.4　血管 218 12.4.5　肾 219 12.4.6　脑 220 12.4.7　多器官芯片 221 12.4.8　全组织芯片 222 12.5　器官芯片在药代动力学研究中的应用 223 12.6　总结与展望 224 参考文献 225 思考题 226 第13章 微流控芯片-质谱联用细胞分析仪的应用 227 13.1　概述 227 13.2　仪器性能与特点 228 13.2.1　微流控通道细胞培养芯片 228 13.2.2　微注射装置 229 13.2.3　细胞培养单元与显微观察 230 13.2.4　细胞进样与代谢物提取 230 13.2.5　色谱预处理与分离单元 230 13.2.6　质谱检测单元 233 13.2.7　软件控制单元 233 13.3　仪器操作步骤 235 13.3.1　芯片制作 235 13.3.2　细胞培养 235 13.3.3　培养基注入 235 13.3.4　色谱分离 236 13.3.5　质谱检测 236 13.4　仪器应用 236 13.4.1　细胞缺氧分析 236 13.4.2　25-羟基维生素D3的生物转化 237 13.4.3　酸性微环境中7-羟基香豆素代谢 239 13.5　仪器的应用前景 241 参考文献 242 思考题 244 內容試閱： 中国有句谚语，“工欲善其事，必先利其器”，为了解明细胞的生命过程，需要特殊的工具。作为生命组成的小单元——细胞，研究其相关的生物行为及其规律与本质，对于揭示生命的奥秘，探索疾病的机理与治疗手段，提高人类的生存寿命与质量，都有着重要的意义。对细胞的研究是一个复杂的工程，细胞在人体内处于复杂的微环境之中，包括温度、氧气浓度、生物因子浓度、机械作用、细胞间相互作用、细胞基质间相互作用等，同时细胞体积微小、种类多样，在细胞水平进行细胞识别、代谢物检测、内部组分分析、细胞结构与功能表征、细胞间相互作用分析等工作也都有着很高的难度。 微流控（microfluidics）指的是使用微通道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片（microfluidic chip），又称微全分析系统（micro total analysis system，μTAS）或者芯片实验室（lab on a chip，LOC），自20世纪90年代初发展以来，以其众多的优势而引起人们的关注。微流控芯片技术因其具有的一系列优点，如样品试剂消耗少、结构功能多样化、集成化程度高、与细胞尺度接近等，近年来被广泛地应用于细胞相关领域的研究，包括细胞培养、细胞捕获、细胞分化、细胞迁移、细胞融合、药物代谢、细胞通信、组织工程等内容，通过结合不同的分析检测方法以及集成不同的功能操作单元，取得了巨大的研究进展，解决了很多传统方法无法解决的问题。但是，如何在微流控芯片内更加高效简便地对细胞进行操控定位，如何更好地模拟细胞在生命体内的生物微环境，从而进行体外生物系统的构建用于生命医疗疾病的研究，仍然需要在相关技术、材料、方法等方面做出更深入的研究。 本书作者之一林金明教授自本世纪初开展微流控芯片的设计与研制，先后获得多项项目的资助，系统深入地开展了基于微流控技术的细胞分选与识别、细胞培养与观察、细胞迁移、单细胞分析、细胞药物代谢等多方面的研究。与岛津公司合作研制开发了全球首款微流控芯片质谱联用细胞分析装置（Cellent CM-MS），并获得了实际的应用与推广。培养了一批对微流控芯片细胞分析有浓厚兴趣的博士研究生和硕士研究生，部分毕业生或者在读研究生积极参与本书的文献调研和章节的撰写。 本书是在林金明教授为清华大学本科生成功开设“微流控芯片细胞分析”课程的基础上完成的。全书共有13章，每章紧密围绕微流控技术、细胞分析、仪器研制以及分析方法学等研究内容。所有章节内容均由林金明教授统一确定、组织和安排，清华大学李楠博士、北京工商大学林玲教授负责本书的前期调研和文献整理。各章内容分别由林金明与相关作者共同完成，李楠（第1章）、丰硕（第2章）、易伶潞（第3章）、张强（第4章）、黄秋实（第5章）、毛思锋（第6章）、窦金鑫（第7章）、吴增楠和郑亚婧（第8章）、张炜飞和李楠（第9章）、林玲（第10章）、周琳（第11章）、郑亚婧和吴增楠（第12章）、许柠（第13章）。 书中每个章节既有独立性又有相互的参考性，面向有一定化学、生物、医学或者材料等相关专业基础的高年级本科生为授课对象，也可以作为拓展研究生基础知识的学习课程。我们希望这本书能够帮助那些渴望了解更多有关微流控芯片和细胞分析相关知识的科研工作者和学生们，并与我们所研制的细胞分析微流控芯片-质谱联用仪器进行配套，推动微流控芯片技术的快速发展。因此，本书既可作为高年级本科生仪器分析的参考资料或者新开设的教学课程用书，也可以作为研究生的专业课程用书，或者科研工作者的微流控细胞分析参考资料。 后，作者要衷心感谢本书中所有被引用论文的作者，他们的原创性研究是推动微流控细胞分析研究与应用发展的原动力。同时作者还要感谢国家自然科学基金（批准号：22034005，21727814，21435002，81373373，21227006，91213305，20935002，90813015，20775042，50273046）、国家重点基础研究发展计划（批准号：2007CB714507）以及国家重点研发计划（批准号：2017YFC0906803）的经费支持，没有这一系列项目的长期持续的支持，不可能形成目前系统的研究成果和已经商品化的微流控芯片质谱联用细胞分析装置。 由于笔者水平有限，编写此书的时间也很仓促，书中难免出现失误和引用不妥之处，望广大读者和被引用论文作者批评指正。 林金明　李楠　林玲 2021年5月6日

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