#第一次做研究/微流道是什麼,為什麼好像常常聽到?
#前篇 - 2013 - 2nd year of PhD
1) 研究 Research -
什麼是研究?不知道. 先做了再說 - 這就是我當時的心態. 很喜歡體驗研究的感覺, 但沒有去深思什麼叫做研究.
2014年一開學, 我就加入了當初2012年面試我的教授的lab. 完全沒有rotate過的我, 用直覺決定了在這個lab待到畢業. 如上篇所說真心不建議這樣. Do first think later 我有點太極端.
我加入的實驗室是專門做微流道並用微流道研究生物的實驗室. 什麼是微流道呢?簡單的說, 微流道的大部分用PDMS當作材料 - 硬度適中且可以形成相對平滑的表面, 氣體可以自由進出所以適合做生物的實驗 (sample能接觸到氧氣). 他的大小大概是微米等級. 粗略來說, 微流道的構造是由一個test area (實驗區)和眾多channels (道路)組成.
那微流道好在哪? 舉個例子來說, 如果我想要觀測紅血球, 如果只是把紅血球放在一個培養皿上, 他的高度不均勻, 而且容易受到熱擾動或是換medium(溶液,藥物等等)的時候移動, 因此不方便用顯微鏡觀測. 為了把紅血球固定住, 我們可以設計微流道, 用一些channel把紅血球引入test area. Test area可以用另外的氣體管路用氣壓控制高度, 做成一個大約等於紅血球直徑的大小, 藉此把紅血球固定在test area以利於觀察. 中間如果想要觀察不同溶液,也可以很簡單的把不想要的medium的管子用那種書籤夾夾住, 把想用的medium管子的夾子鬆開,就可以控制想要/不想要使用的液體. 使用過微流道的人應該會知道, 最困難的時候就是一開始設計維流道的過程. 在這之後就很方便了. 每次做實驗我們就是帶著微流道,可以到不同地方,不同城市,不同國家做實驗. 到了不同地方後只需要找大小差不多的管子跟瓶子放入實驗所需的medium就可以開始做實驗.
其實我一開始還是無法理解微流道到底比其他實驗方式好在哪. 但在後來斷斷續續有接觸到其他實驗方式後, 發現總是遇到一些很trivial的阻礙. 這時候就自然而然地想說如果能設計個微流道就能解決很多問題. 我想這也是當初微流道這個領域開始發展出來的原因吧.
給如果好奇微流道是怎麼做出來但又懶得上網看 - 在這裡分享粗略的過程
第一步:拿到silicon chip - 矽晶片: 特性是表面光滑平
第二步:把光阻(SU-8/液體/特性待會會說)鋪上矽晶片 - 厚度的話通常是微米等級, 這是用來做最後微流道的mold. 控制厚度的方式是把光阻放上silicon ship然後用spin的方式 - 自轉愈快厚度愈薄. 世界上有很多研究已經做出轉速/溫度/etc跟厚度之間的關係.
第三步: 現在我們的chip上有了一層薄薄的光阻. 這個光阻有個特性 - 照光(UV)的地方會硬化,不會被洗掉. 沒照光的地方會. 所以我們就是把設計好的微流道圖做成mask (有公司負責做)並放在chip跟光源之間. Mask有透明的部分光會透過去照到chip的光阻上, 不透明的部分光不會通過照到光阻. 當然時間,劑量多少都有研究數據可以參考.
第四步: 現在我們的chip上不但有光阻, 而且他的厚度被控制好了, 需要留下pattern的部分也因為照光硬化了. 接下來就是拿去洗 (....抱歉年代太久忘記名字). 沒照光的部分會被洗掉而照光的部分會被留下來.
第五步: 最後我們的chip上就有微流道的pattern. 這個chip不是微流道本身, 而是製作微流道的mold. 接下來, 我們會在chip上倒入PDMS (微流道材料). 他是一種液體但混入crosslinker之後會硬化. 硬化時間跟溫度有關(60度大概一小時/室溫的話一天/倒了但後悔不想硬化就冰冰箱). 過了一小時後把硬化後的PDMS撥開(要小心...曾經太大力把chip弄碎). 微流道就完成了.
剩下步驟: 微流道現在是個開放式的device. sample沒辦法放到裡面. 所以會在另一邊黏上玻片讓他成為一個接近封閉式的系統. 通常都是在微流道和玻片表面打電漿再輕輕的靠起來就能永久黏緊. 在這之前也需要在微流道的inlets/outlets打洞, 這個洞未來會和管子連接到需要實驗的液體/sample.
整個實驗過程我們只需要把管子插入微流道, 把微流道放在顯微鏡上後就只需要在管子/瓶子這端操作就可以(夾住不要的液體/改變瓶子/改變高度增加流速等等)
2) 我的projects -
在這年我就接了兩個projects (好像也是我整個博班唯二projects...) -
a.輔助型project - 這個project是跟另一個實驗室合作, 由Gates Foundation 贊助. 我們project主要想探討的問題是 - 為什麼細菌會待在胃裡面而不會隨著地心引力流出來 (除了那些黏在腸胃壁的細菌外應該都要隨著排泄物出來吧!?). 我們假設也許和腸胃蠕動有關 - 蠕動製造出一些local 的 upward force, 抵銷重力使某些細菌穩定地待在腸胃裡 (說完了...接下來就是做實驗跟計算證明). 我們的目標是設計一個簡單的模擬腸道-需要有 i) 腸道的部分, ii)腸道壁的部分 及 iii) 負責製造蠕動的機制. 我的工作就是負責設計這個微流道並確定蠕動可以製造往上游的力(抵銷往下游的重力), 然後另一個主導的實驗室負責用理論計算這是符合物理定律,以及把細菌放進去看是不是真的會這樣. 想知道細節的可以參考這篇PNAS 的 paper - Effect of flow and peristaltic mixing on bacterial growth in a gut-like channel.
b. 主導的project - 細菌對溫度的趨向. 其實這個project有一個我滿喜歡的部分, 就是一句話就能和大家傳達實驗的目的. 我們大部分人喜歡春/秋, 因為溫度最舒服. 夏天的溫度雖然跟體溫很接近, 但我們會覺得太熱了. 那細菌呢?他們會不會有喜歡的溫度? 如果有, 他們要用什麼方式在一個溫度不均勻的環境中去移動到最舒適的地點? 我們希望設計出一個可以產生溫度梯度(不均勻溫度)的微流道, 然後把細菌放進去看他們傾向游到哪個地點, 然後我們記錄下那個地點有多少細菌以及該地點的溫度. 這個主題接下來幾篇也都會探討(畢竟是博士生涯幾年累積做出來的). 一開始在實驗前, 像先前所說我們需要設計微流道. 微流道包含了test area. 製造溫度梯度的方式很直覺 - 在test area兩端再設計兩個大的channels, 分別接上熱水及冷水. 一個test area 的左邊是熱水, 右邊是冷水, 自然而然的test area的溫度就是左邊熱,右邊冷, 中間的溫度大概是35-39度. 在做實驗前, 我的想像是細菌應該會喜歡待在中間吧(37度?),或是跟我們人類一樣喜歡25度?? 結果第一次實驗的時候發現他們都往最熱的地方游(細菌的溶液是一般的PBS: 只含有少量鹽分的水)......(問號!!??為什麼??這樣他們不是會死嗎??). 最神奇的是如果我們放入有養分(葡萄糖,氨基酸等等)的溶液, 他們就全部游到最冷的右邊. 我心裡想....所以沒有細菌想待在中間嗎(傻眼)? 我開始了尋找為什麼的旅程....
3) 世界盃 -
來美國最不錯的地方大概就是可以開始看足球. 以前在台灣很少人看足球, 原因也許就是因為歐洲比賽的時段台灣都是半夜. 不像NBA至少是台灣早上.在這之前我上一次看世界盃就是日韓主辦那次. 我只記得巴西三羅, 還有貝克漢, 沒想到這屆他們都沒踢了 (當然....過12年了). 我一日球迷的程度到知道梅西, 但以為他在巴西. 有聽過C羅, 就這樣. 在美國西岸, 那次世界盃大概是我們的中午左右. 所以有非常多時間可以關心 .從這次世界盃開始關注, 我漸漸擺脫一日球迷. 之後也都有關心聯賽/歐冠. 我就是不想去跟當時已經世界頂尖的球員. 我喜歡去看正在崛起的年輕球員. 籃球的時候是這樣(Iverson fan but not Kobe), 足球當然也是這樣. 我那時候最喜歡的球員就是Neymar. 球風超屁孩, 長得帥, 同時又有實力. 集時尚實力及爭議於一身的球員真的非常吸引我. 我每天關心他的動態, 他過去的表現, 沒想到最後在哥倫比亞戰役他居然受傷了導致該屆不會再上場!! UCSD是個很Chill的學校, 而且有很多墨西哥/南美的學生. 所以基本上那個暑假是沒人在做研究的. 每天中午所有人都會聚集到一家校內Round table的義大利店. 他們有好幾個大螢幕會收看不同的比賽. 同一家店裡面就有巴西人, 墨西哥人, 德國人, 西班牙人, 日本人韓國人等等來自不同地方的人在幫自己國家加油. 那台灣人的我們當然就是....寄生自己喜歡的球隊啦. 這個暑假我深深的感受到什麼叫做Chill. 為何San Diego這個地方大家會喜歡 - 因為真的太chill. 毫無壓力的過生活. 很高興我當時做了正確的選擇來到這邊.
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