研究目的
开发一种用于小体积生物样本中尿素测定的微分析系统，特别适用于评估培养细胞中的尿素循环效率，在个性化医疗、组织工程和细胞毒性研究中具有应用价值。
研究成果
基于LTCC开发的微流控系统成功实现了对极小体积样本中尿素的高灵敏度检测，其检测限低至0.002 mM。该系统适用于细胞培养研究的准在线监测，采样频率达每小时6个样本，且具有30天的长期工作寿命。其性能与商业检测试剂相当，在尿素浓度测量上仅存在2-9%的差异，为体外代谢评估提供了一种新方法。
研究不足
该系统在高流速下因酶反应时间缩短而存在灵敏度限制。使用小样本量（1微升）可能带来操作挑战，且培养基中酚红等干扰物的存在需要仔细优化。酶微反应器的寿命显示30天内灵敏度下降14%，表明可能存在降解。该方法特异性针对尿素，若不加修改可能无法直接适用于其他分析物。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用LTCC技术设计微流控系统，包含用于尿素水解的酶微反应器和改良Berthelot比色检测法。其原理是实现对细胞培养液中尿素的灵敏在线监测，且所需样本量极小。
2：样本选择与数据来源：
样本包括尿素标准液、培养后培养基及人肝癌C3A细胞裂解物。选择标准侧重肝脏细胞研究的生物学相关性，数据通过分光光度法和微流控测量获取。
3：实验设备与材料清单：
设备包含蠕动泵（Reglo Digital MS-4/12，ISMATEC）、FTIR光谱仪（Excalibur系列FTS 3000MX，BioRad）、接触角测量仪（DSA25，KRüSS GmbH）、微孔板分光光度计（Synergy HT，BioTEK）、LED光源（L-914HT，Kingbright）、光电探测器（TSL257-LF，AMS）及多种化学试剂（如Sigma-Aldrich的脲酶、POCh的水杨酸钠）。材料涉及LTCC带材（CeramTape GC，Ceramtec GmbH）、PMMA光纤及化学改性试剂。
4：实验流程与操作步骤：
包括通过激光切割、层压和烧结制备LTCC微流控系统；对微反应器表面进行化学修饰以实现酶固定化；优化Berthelot反应条件；在4至16 μl/min流速下进行微系统测量。数据采集为700 nm处吸光度测量。
5：数据分析方法：
采用Lambert-Beer定律计算吸光度，通过统计方法评估灵敏度、检测限和重现性。未说明控制与数据采集的软件工具。
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peristaltic pump
Reglo Digital MS-4/12
ISMATEC
To pump reagents and samples through the microfluidic system at controlled flow rates.
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FTIR spectrometer
Excalibur series FTS 3000MX
BioRad
To analyze surface functional groups after chemical modifications using Fourier Transform Infrared spectroscopy.
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goniometer
DSA25
KRüSS GmbH
To measure static contact angles on microreactor surfaces to assess wettability and hydrophilicity.
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microplate spectrophotometer
Synergy HT
BioTEK
To perform absorbance measurements in stationary systems for optimization and reference tests.
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LED
L-914HT
Kingbright Electronic Europe GmbH
To serve as a light source for absorption photometry in the detection cell.
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photodetector
TSL257-LF
AMS
To convert light intensity to voltage for detecting absorbance in the microsystem.
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LTCC tape
CeramTape GC
Ceramtec GmbH
To fabricate the microfluidic system layers using low temperature co-fired ceramics technology.
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laser system
LPKF Protolaser U
LPKF
To cut channels and orifices in LTCC tapes during fabrication.
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box furnace
HTC 03/16
Nabertherm GmbH
To fire the LTCC structure during the fabrication process.
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digital multimeter
PM 2525
Philips
To measure voltage outputs from the photodetector in the experimental setup.
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