近日，科学家们开发出一种新型微流体芯片，能够自动定位数百个果蝇胚胎。这一芯片可在未来的实验中帮助科研人员研究生物体从单个细胞发育形成复杂结构的过程和机制。该研究由乔治亚理工大学化学和生物分子工程系副教授陆航（Hang Lu）领导，相关成果于12月26日在线发表在《自然-方法学》（Nature Methods）杂志上。

在胚胎发育过程中，背腹轴的形成是至关重要的第一步。然而，目前科学家们尚不清楚背腹轴的发育机制，尤其是整个过程中蛋白质的存在和定位。这要求研究人员能够在不同的时间点以及不同的遗传背景下同时监测大量胚胎。陆航表示：“收集和分析背腹轴的信号和转录模式要求研究人员必须人工控制单个胚胎，此外还必须进行高通量的实验操作才能获得具有统计学意义的结果，这无疑是非常困难的事情。”

为了能够大规模定量分析背腹轴的蛋白定位信息，陆航设计了一个微流体芯片，能够在短短几分钟时间内可靠高效地定位数百个胚胎。该芯片用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，只有一个载玻片大小，形状像米粒，但包含了大约700个胚胎陷阱。在操作中，流体通过一个“S”型槽道，槽道的宽度确保任何方向的胚胎都能轻易通过。流体有效引导胚胎朝陷阱移动，同时清除掉额外的不合适的胚胎。陆航解释说：“这个流体模型能够显著提高胚胎与陷阱的接触频率。我们在实验中证实90%的胚胎都能被芯片捕获，这对于那些过去只能获得少量胚胎的研究将极具价值。”

当一个胚胎接近空陷阱时，受到非均一压力以及周围流体剪切力的作用，产生的合力使胚胎发生垂直翻转，从而将其垂直插入到圆筒陷阱中，同时背腹轴与平面平行，胚胎被固定。这种锁定特性使得芯片上的管道能够与芯片其他部分分离用于成像分析。陆航说：“我们曾将捕获了果蝇胚胎的微流体芯片寄给我们在普林斯顿大学的合作者，当他们收到邮寄的芯片时，胚胎仍垂直地锁定在陷阱中。”

陆航与普林斯顿大学化学和生物工程系副教授Stanislav Shvartsman以及学生Yoosik Kim合作，对芯片性能进行了检测。普林斯顿的研究人员利用该微流体芯片对固定胚胎中的成形素（morphogens）信号分子进行了梯度定量，并用芯片对活胚胎中的核分裂进行了监测。在一项试验中，他们确定了转录因子Dorsal的空间分布，Dorsal在果蝇的背腹模式形成中发挥了关键作用。研究人员还对野生型和突变胚胎进行了梯度定量比较。

陆航表示：“这种芯片设备可以大大提高固定和活胚胎的捕获数量，使得发育生物学家能够同时对这些胚胎进行成像分析，帮助他们精确解析各种感兴趣的研究课题。”未来，科学家们还可以利用这种微流体芯片对其他多种模式生物，例如斑马鱼或蠕虫胚胎，进行模式形成及形态发生研究。这些结果对科研团体非常重要，因为在蠕虫、果蝇及哺乳动物中，许多控制发育的基因都非常相似。

（生物通：何嫱）