用于原位扩散式大分子晶体学的新型COC微流控装置展现出更好的X射线兼容性

由于新技术的出现，结构生物学的研究发展迅速。微流控技术的可塑性使其成为分析生物形态的首选技术。

研究： 用于优化原位大分子晶体学实验的超薄X射线兼容型COC微流控器件的制造。

基于环烯烃共聚物（COC）的微流控技术已成为该领域的前沿研究方向。名古屋大学同步辐射研究中心Leonard Chavas教授团队近期开展的一项研究项目，旨在构建用于硬X射线同步辐射光源原位衍射研究以及基于扩散的大分子晶体学研究的COC微流控装置。该研究成果已发表于MDPI-Micromachines期刊。

什么是微流控技术？

微流控技术用于研究流体在微通道中的运动行为。科学和技术的发展旨在制造能够处理狭窄通道内流体流动的微型装置。

在微米尺度下，流体的性质与常规条件下截然不同。微流控通道可以传输飞升级的流体。这些独特的特性对于新的科学研究和发明至关重要。

基于环烯烃共聚物（COC）的微流控器件

微流控器件的制造采用了多种材料和方法。其中包括：

· 聚二甲基硅氧烷

· 诺兰光学胶

· OrmoComp

· 热压纹

· 环烯烃共聚物（COCs）

· 激光结构化（Kapton）

由于其优异的品质和高纯度，COC已成为微流控应用材料。

传统微流控器件制造方法面临的一些挑战在于其在快速原型制作方面的局限性。

COC 适用于快速原型制作，并且与 X 射线散射兼容，X 射线散射是表征结构生物学的一种广泛使用的技术。

X射线散射在晶体学中尤为有用。晶体学是利用实验手段确定晶体原子和分子结构的学科。深入了解晶体结构有助于更好地理解晶体的性质，并为矿物学和化学领域开发更有效的工具。

由于其热塑性，COC 是一种用于制造微流控通道的直接材料。

X射线衍射晶体学

大分子晶体学中使用的X射线衍射研究包括测量样品在 X 射线束照射下衍射的光的强度。

由于入射X射线束穿过扩散材料时产生的背景噪声，这些强度难以检测和测量。在这种情况下，必须对微流控装置进行改进，以优化MX实验，避免引入不必要的噪声。然而，由于大多数用于制造这些装置的材料都会吸收X射线，因此这项工作极具挑战性。

Chavas教授的研究团队致力于制造基于COC的微流控器件，以降低原位X射线衍射实验中的背景噪声。利用大分子晶体学分析扩散型结晶也是该项目的另一个目标。

实验细节

采用分步制备方法制备COC器件。首先，利用紫外光刻技术制作光刻胶母版。然后，利用软光刻技术从该母版制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章。最后，使用该PDMS印章进行最终全氟烷氧基（PFA）聚合物的热压印。

MDPI-Micromachines文章详细描述了从光刻母版制作、COC 器件制作、样品装载和结晶到数据采集、处理和结构测定的实验过程。

制造基于扩散的结晶装置面临的挑战之一是利用大量聚合物制备微观结构。由于COC具有一些有利特性，例如与基材的粘附力弱以及其天然弹性，因此能够成功地维持稳定的键合。这使得COC装置能够用于基于扩散的结晶的大分子晶体学研究。

研究小组在新构建的COC微流控通道中培养了溶菌酶晶体。该装置采用的一种实验技术是在芯片两端分别设置独立的入口和出口。

溶菌酶晶体被限制在芯片两端之间的通道宽度内。这种新颖的设计降低了此类芯片结构中常见的X射线散射相关的背景噪声。结果表明，X射线辐射对材料的损伤显著降低。进一步的数据分析也证实了晶体学统计数据的改善和微流控质量的提高。

微流控技术的未来

Chavas教授及其同事的研究成果凸显了微流控技术的潜力和多功能性。基于COC的器件与同步辐射光源结合使用时，能够降低背景噪声，从而在X射线衍射测试中获得更高的灵敏度。

通过增加更多入口和管路通道，可以扩展该技术，从而更详细地研究扩散特性。未来，可将针对特定靶点的药物测试与COC和微流控装置相结合。

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