近日科學家們開發一種新型的微流體晶片能夠自動定位數百個果蠅胚胎，這一晶片可在未來的實驗中幫助科研人員研究生物體從單個細胞發育形成複雜結構的過程和機制。
在胚胎的發育過程中第一重要的階段就是其背腹軸的形成。目前科學家們尚不清楚背腹軸發育機制，尤其是整個過程中蛋白質的存在和定位，這要求研究人員能夠在不同的時間點以及不同的遺傳背景下同時監測大量的胚胎。
「收集和分析背腹軸的信號和轉錄模式要求研究人員必須人工控制單個胚胎，此外還必須進行高通量的實驗操作才能獲得具有統計學意義的結果，這無疑是非常困難的事情，」喬治亞理工大學化學和生物分子工程系副教授陸航（Hang Lu）說。
為了能夠大規模定量分析背腹軸的蛋白定位信息，陸航設計了一個微流體晶片能夠在短短幾分鐘時間內可靠高效地定位數百個胚胎。關於這一晶片的設計以及對於果蠅胚胎概念證明實驗的結果已於12月26日在線發表在《自然-方法學》（Nature Methods）雜誌上。這一研究得到了美國國家科學基金會、國立衛生研究所、斯隆基金會（the Alfred P. Sloan Foundation）以及杜邦年輕教授計劃的資金資助。
陸航是在喬治亞大學研究生Kwanghun Chung和大學生Emily Gong的幫助下完成了該晶片的設計和製作工作。這個用聚二甲基矽氧烷（PMDS）為材料製成的晶片只有一個載玻片大小，形狀像米粒，然而上面卻包含了大約有700個胚胎陷阱。
在操作中，流體通過一個「S」型的槽道，這個槽道的寬度可確保任何方向的胚胎都能輕易地通過它。流體有效地引導胚胎朝陷阱移動，在此過程中同時清除掉額外的不合適的胚胎。
「這個流體模型能夠顯著提高胚胎與陷阱的接觸頻率，」陸航解釋說：「我們在實驗中證實90%的胚胎都能被晶片捕獲，這對於那些過去只能獲得少量胚胎的研究將是極具有價值的。」
當一個胚胎接近一個空的陷阱時，受到非均一壓力以及周圍流體剪切力的作用。產生的合力使胚胎發生垂直翻轉，從而將其垂直插入到圓筒陷阱中，同時背腹軸與平面平行，就這樣胚胎被固定在了陷阱中。這種鎖定特性使得晶片上的管道能夠與晶片其他部分分離用於成像分析。
「我們曾將捕獲了果蠅胚胎的微流體晶片寄給我們在普林斯頓大學的合作者，當他們收到郵寄的晶片時，胚胎仍垂直地鎖定在陷阱中，」陸航說。
陸航與普林斯頓大學化學和生物工程系的副教授Stanislav Shvartsman以及學生Yoosik Kim合作一起對晶片的性能進行了檢測。普林斯頓的研究人員利用這個微流體晶片對固定胚胎中的成形素（morphogens）信號分子進行了梯度定量，並用晶片對活胚胎中的核分裂進行了監測。
在一項試驗中，普林斯頓大學的研究人員確定了轉錄因子Dorsal的空間分布。Dorsal在果蠅的背腹模式形成中發揮了關鍵性的作用。研究人員還對野生型和突變胚胎進行了梯度定量比較。
「這種晶片設備可以大大提高固定和活胚胎的捕獲數量，使得發育生物學家能夠同時對這些胚胎進行成像分析，幫助他們精確解析各種他們感興趣的研究課題，」陸航說。
在未來，科學家們還可以利用這種微流體晶片對其他多種模式生物例如斑馬魚或蠕蟲胚胎進行模式形成及形態發生研究。這些研究結果對於科研團體來說非常的重要，因為在蠕蟲、果蠅及哺乳動物中許多控制發育的基因都是非常相似的。（生物谷Bioon.com）