穩定流體控制支援癌症活細胞長時間成像
香港大學研究團隊進行癌症單細胞研究時，需要對單個活細胞進行長時間成像，持續觀察癌細胞在不同培養條件與外部刺激下的動態變化。
實驗期間不僅要以100–400 µL/min的流量持續供應營養物質與培養介質，維持細胞活性並帶走代謝廢物，還需要依研究程序切換培養基、染色劑、刺激溶液及清洗液。任何流量波動、切換延遲或管路殘留，都可能改變細胞所處的微環境，增加影像分析與跨批次比較的困難。
為建立更穩定且可重複執行的流體控制流程，香港大學研究團隊導入由 Elveflow OB1 壓力控制器、流量感測器、MUX Distribution Valve 與控制軟體組成的微流控系統，整合流體驅動、即時監測與多介質自動切換。
本文圖片為微流控系統架構、產品及操作介面示意，並非香港大學實驗現場照片。
癌症活細胞長時間成像需要穩定的微環境
癌症單細胞成像可用於觀察個別細胞的形態、移動、變形及外部刺激反應，協助研究人員分析同一群腫瘤細胞之間的差異。若需要持續追蹤同一細胞，研究系統就必須在成像期間維持適合細胞存活的微環境。
香港大學研究團隊需要持續供應營養物質與培養介質，同時帶走細胞產生的代謝廢物。流體環境若隨時間改變，研究人員將難以區分觀察到的細胞反應究竟來自實驗刺激，還是流量、壓力與培養條件不穩定所造成。
維持癌細胞活性
長時間成像期間需要持續供應營養物質與培養介質，避免靜態培養環境隨時間逐漸改變。
移除代謝廢物
持續灌流可帶走細胞代謝產物，協助維持較穩定的局部培養環境。
觀察動態反應
研究團隊需要在不同介質或刺激條件下追蹤同一癌細胞的即時變化。
香港大學面臨的高速流體控制挑戰
本案例的難點，是在100–400 µL/min的實驗流量下維持穩定供液，同時快速切換不同培養液與試劑。研究團隊需要兼顧細胞活性、成像位置、流體切換及實驗程序的一致性。
高速流動下的位置穩定性
流量變化可能改變癌細胞通過成像區域的速度與位置，增加對焦、輪廓辨識及動態追蹤的困難。
持續供應營養物質
長時間成像需要穩定更新培養介質，避免營養消耗與代謝物累積改變細胞狀態。
多種介質快速切換
實驗可能依序使用培養基、染色劑、刺激溶液與清洗液，需要精確控制介質切換時間。
降低殘留與交叉影響
管路延遲體積、殘留液與氣泡都可能影響介質真正抵達晶片的時間與濃度變化。
癌症單細胞成像系統需要具備哪些能力？
為支援香港大學的癌症活細胞長時間成像，微流控系統需要同時處理流體驅動、即時量測、多溶液切換與程序自動化。
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01
在100–400 µL/min下維持穩定輸出
支援長時間培養介質供應，降低流動條件變化對細胞觀察的影響。
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02
即時量測實際液體流量
透過流量感測器掌握管路中的實際流量，而不是只依設定壓力推估。
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03
支援不同介質快速切換
依研究流程切換培養基、染色劑、刺激溶液與清洗液。
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04
降低切換時的流動干擾
控制管路延遲、介質殘留及氣泡導入，維持較一致的細胞微環境。
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05
自動重現相同實驗程序
將壓力、流量、閥位、等待時間及循環次數保存為可再次執行的程序。
香港大學導入的 Elveflow 微流控架構
香港大學研究團隊採用壓力驅動式微流控架構，將 OB1 壓力控制器、儲液槽、MFS 流量感測器、MUX Distribution Valve、控制軟體與微流控晶片整合為閉迴路流體控制系統。
| 系統元件 | 控制或量測對象 | 在案例中的作用 |
|---|---|---|
| OB1 MK4 | 儲液槽氣體壓力 | 驅動培養液、染色劑與清洗液，快速調整流體輸出 |
| MFS 流量感測器 | 管路中的實際液體流量 | 提供即時流量資料及閉迴路控制依據 |
| MUX Distribution 12 | 液體流路與閥位 | 在不同培養液、試劑及清洗液之間自動切換 |
| Elveflow 控制軟體 | 壓力、流量、閥位與時間序列 | 建立長時間成像所需的灌流與介質切換程序 |
| 微流控晶片 | 癌細胞與局部微環境 | 提供單細胞持續觀察、灌流與刺激反應區域 |
OB1 與流量感測器維持灌流條件
OB1 透過氣體壓力推動儲液槽中的液體，控制器本體不直接接觸培養介質。壓力驅動可快速調整輸出，並降低部分機械傳動造成的脈動與反應延遲。
系統再利用流量感測器量測管路中的實際流量，依目標值調整控制壓力，讓研究人員能在癌症活細胞長時間成像期間監測流動狀態。
MUX 分配閥切換培養基、染色劑與清洗液
MUX Distribution 12 可將最多12種溶液依序導向同一個輸出口，使研究團隊能在長時間成像過程中切換培養基、染色劑、刺激溶液與清洗液。
分配閥提供百毫秒等級的閥位切換能力，但液體真正抵達癌細胞所在區域的時間，還會受到管路長度、內徑、流量與延遲體積影響。實驗程序仍需預留足夠置換時間。
如需查看控制器、流量感測器與相關配件，可前往Elveflow 微流控流量與壓力控制系統。
自動執行培養、刺激、染色與清洗程序
將 OB1、流量感測器與 MUX 分配閥整合後，香港大學研究團隊可將不同介質的注入順序、持續時間與循環次數預先寫入實驗程序，減少長時間成像過程中的人工操作。
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1
建立基礎培養條件
持續供應培養介質與營養物質，維持癌細胞長時間觀察所需環境。
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2
監測實際灌流流量
透過流量感測器確認管路中的流量進入設定範圍。
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3
切換染色劑或刺激溶液
由 MUX 分配閥選擇指定介質，觀察癌細胞在條件改變後的動態反應。
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4
執行預設作用時間
依研究設計維持特定流量、濃度與處理時間。
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5
切換清洗液或恢復培養液
移除前一階段介質，觀察細胞恢復過程或準備下一項刺激。
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6
保存並重複相同程序
於不同細胞或批次載入相同設定，建立較一致的比較條件。
需要了解儲液槽、管路與多溶液切換方式，可延伸閱讀微流控多溶液順序注入完整指南。
案例成果：支援癌細胞持續觀察與實驗重現
導入 Elveflow 微流控系統後，香港大學研究團隊將癌細胞長時間成像所需的介質供應、流量監測及多溶液切換整合為同一套控制流程，改善原本難以同時兼顧高速灌流與精確切換的問題。
持續供應營養與培養介質
壓力驅動系統可在長時間成像期間持續灌流，支援營養物質供應與代謝廢物移除。
掌握癌細胞所處的流動條件
流量感測器提供即時資料，使研究人員能確認成像期間的實際灌流狀態。
自動切換不同實驗介質
培養、刺激、染色與清洗程序可依設定順序執行，減少人工操作時間差。
建立跨批次比較基礎
相同壓力、流量、閥位與處理時間可以再次載入，支援不同癌細胞及實驗批次的結果比較。
香港大學案例顯示，在癌症活細胞長時間成像中，穩定且可程式化的微流控系統能協助研究團隊控制細胞所處的流體環境，並重現培養、刺激、染色與清洗流程，為後續癌細胞動態分析建立更一致的實驗條件。
宏虹協助研究團隊建立單細胞微流控流程
癌症單細胞成像的流體控制不能只看最大流量。宏虹可依細胞種類、晶片阻力、培養時間、介質數量及刺激程序，協助規劃控制器、感測器、儲液槽、閥件與管路配置。
- 釐清細胞培養、灌流與成像條件
- 配置 OB1 壓力通道及流量感測器
- 規劃培養液、試劑與清洗液切換
- 建立可重複執行的實驗程序
癌症單細胞成像與微流控常見問題
香港大學本次的案例主要研究什麼？
香港大學研究團隊需要對單個癌細胞進行長時間成像，在持續供應營養物質與培養介質的同時，依實驗程序切換染色劑、刺激溶液與清洗液，觀察癌細胞的動態反應。
為什麼癌症活細胞成像需要持續灌流？
持續灌流可更新營養物質與培養介質，並帶走部分代謝廢物，協助研究人員在長時間成像期間維持較穩定的細胞微環境。
本次香港大學案例使用哪些微流控設備？
案例架構包含 Elveflow OB1 壓力控制器、MFS 流量感測器、MUX Distribution Valve、儲液槽、控制軟體與微流控晶片，分別負責流體驅動、即時流量監測、多介質切換及程序控制。
MUX 分配閥切換後，液體是否會立刻抵達癌細胞？
不一定。閥位可以快速切換，但介質抵達癌細胞所在區域仍需經過管路與微流道，其時間會受到管路長度、內徑、流量及延遲體積影響。
Elveflow 微流控系統能否直接保證癌細胞影像品質？
不能。微流控系統可協助控制流體環境，但影像品質仍受晶片設計、細胞濃度、培養條件、剪切力、顯微鏡、對焦、曝光及影像處理方式影響。
技術與案例資料來源
宏虹為 Elveflow 台灣正式合作夥伴，可為您提供：微流控系統規劃與導入、流體控制最佳化諮詢、實驗整合與技術協助、教學與研究應用支援
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