随着不孕不育率上升和出生率下降，辅助生殖技术（ART）日益普及。卵丘细胞去除（CR）是卵子进行ART操作（如卵胞浆内单精子注射（ICSI）或体外受精（IVF））的重要步骤。传统的卵丘细胞去除方法需要手工吸取卵子表面的卵丘细胞，导致临床操作不一致且差异较大，进而影响受精率。
此 阿巴斯普拉德实验室 康奈尔大学农业与生命科学学院食品科学系的研究人员设计了一种开放式芯片，该芯片配备微柱阵列和XY压电平台，利用振动诱导流（VIF）技术进行卵母细胞复制。这实现了复制过程的自动化，从而减少了所需的人工操作。此外，该方法还有助于复制过程的标准化和一致性。
VIF是通过在X平面和Y平面上驱动的压电致动器产生的，每个致动器控制一个不同的平面。在他们的工作中， Moku:Go 波形发生器 他们利用正弦波驱动两个相位差为 90° 的致动器，从而诱导振动。这产生了顺时针旋转，使得卵丘细胞在与卵母细胞分离后，能够通过芯片上设计的柱状阵列被输送到卵泡环孔。他们的研究成果发表在…… 片上实验室.
项目挑战
在使用辅助生殖技术（ART）时，细胞计数（CR）是至关重要的一步。这一步骤可以评估体外受精（IVF）后卵母细胞的受精率，以及在卵胞浆内单精子注射（ICSI）前评估卵母细胞的成熟度。细胞计数还可以减少卵丘细胞污染，从而提高DNA测序的可靠性。[1]
传统上，这项工作由训练有素的胚胎学家手工完成。胚胎学家会使用合适尺寸的移液管，通过多次冲洗卵母细胞来手动去除卵丘细胞。这项技术繁琐且操作不当，可能导致卵母细胞丢失或损伤，包括透明带破裂、第一极体位置改变以及其他不良后果。与任何手工操作一样，这也会给临床上的卵母细胞清除率带来变异性和不一致性。
研究人员尝试利用微流控平台实现流程自动化来克服这一问题。然而，细胞通常会在芯片与外部环境的界面处丢失。除了耗时之外，这种技术也使得后续分析的细胞收集变得困难。
开放式芯片的开发旨在提供一种更经济高效且易于操作的选择。主动流生成通常需要利用光学、磁力或电力，但这仍然需要技术娴熟的技师来设置和使用设备。对于某些技术，例如使用磁场，技师必须在芯片上预先贴上磁性标签，这对于用于辅助生殖技术的芯片而言并不理想。
更好的替代方法是利用振动从开放表面芯片上去除积云细胞，而无需复杂的装置和高超的技能，因为装载和收集细胞更容易。
解决方案
该团队开发了一种开放式芯片和一个XY压电平台，可用于诱导VIF并去除开放式芯片上的卵丘细胞。得益于开放式芯片的优势，该团队可以更轻松地将细胞放入芯片中；而XY压电平台则使该团队能够轻松地将VIF应用于芯片，从而进行CR（细胞再生）。
图1. 实验装置的示意图。X轴和Y轴压电致动器（PEA）由相位差为90度的正弦波驱动。
Moku:Go 驱动压电平台；一个输出驱动 X 方向，另一个输出驱动 Y 方向。这使得研究团队能够轻松改变驱动信号的频率、相位和振幅。通过使用相位相差 90° 的正弦波驱动 XY 压电平台，研究团队能够产生顺时针方向的垂直振荡频率 (VIF)。由于芯片的设计，这使得卵丘细胞聚集在芯片外侧的凹槽中，而裸卵则留在芯片中心。
图 2. Moku:Go 配置。Moku 的界面允许控制频率、相位、振幅和调制选项。
使用开放式芯片，研究人员可以更轻松地从芯片上加载和收集样品，无需进行繁琐的样品制备。之所以选择压电平台而非电场或磁场来诱导垂直场效应（VIF），是因为压电平台设置简便。将芯片放置在XY压电平台上，即可在不直接接触样品的情况下诱导VIF，从而获得更一致的实验结果和更高的实验通量。
结果
该芯片的运行机制在三种电压下进行了测试：0.5 Vpp、1 Vpp 和 1.5 Vpp。研究团队还研究了流速与电压的关系。MokuOS 系统使研究团队能够轻松调整电压和频率，直至找到最佳的流速效果。最终，研究团队决定采用 1.5 Vpp 的 200 Hz 正弦波，以获得最高的清洗效率。
图 3. 卵母细胞卵丘去除 (CR) 方法 (a) 使用 VIF 进行 CR 的步骤 (i) 加载 (ii) CR (iii) 细胞提取。(b) 卵母细胞经 VIF 去除卵丘的机制。(c) 将卵母细胞加载到芯片上。(d) 不同时间 (t) 的 CR 堆叠图像。
结果表明，开放式表面设计使装载和收集更加便捷。芯片上设计的微柱产生的剪切力足以在真空辅助卵泡灌洗（VIF）过程中使卵丘细胞脱落。由于微柱间距大于卵丘细胞但小于卵母细胞，VIF 可将分离的卵丘细胞从装载室中移除。卵丘细胞被转移到芯片上精心设计的卵泡环区域，而去卵丘细胞的卵母细胞则留在装载室区域。这使得研究团队能够同时对多达 23 个卵母细胞进行卵母细胞分离（CR），而传统的手动移液操作一次只能处理一个卵母细胞。
这项研究展示了Moku:Go波形发生器的易用性以及快速迭代实验的能力。它还证明了Moku可以在许多不同的研究领域中使用。Abbaspourrad实验室的博士生Amirhossein Favakeh表示，Moku大大简化了实验设置，“我用过很多不同的函数发生器，Moku显著简化了我的工作流程，提高了效率。”
案例
[1] Amirhossein Favakeh、Amir Mokhtare、Hanxue Zhang、Yi Athena Ren、Alireza Abbaspourrad；利用振动诱导流进行芯片上卵母细胞卵丘去除。 实验芯片 2025; 25 (21): 5551–5562。 https://doi.org/10.1039/d5lc00414d