用于微流控芯片细胞分析的流体控制系统研究

摘要

随着科学技术的发展，传统的细胞分析技术已无法满足现代细胞分析的需要，发展新的细胞分析方法是化学分析和生物分析工作者面临的重要课题。微流控技术的出现，打破了传统分析技术的限制，不仅将分析通道尺度缩小到微米数量级，还通过各种手段完成微流体控制，从而实现流动状态下微量、可控、快速、高效的分离分析，在细胞分析中具有巨大的应用潜力。由于微流体控制是微流控技术的核心，因此开发新的适用于细胞分析的微流体控制技术，对于扩展微流控技术应用范围以及提高细胞分析水平具有重要意义。本论文即从发展新的微流体控制技术，应用于微流控细胞分析方面展开。
　　在论文第一章中，概述了微流体控制技术，以及微流控芯片细胞分析的常用流体控制技术，详细介绍了用于细胞培养和分析的微流体控制技术，包括微流控芯片细胞灌注培养驱动技术，微流控芯片细胞分析浓度梯度形成技术，微流控芯片细胞分析液滴形成技术。并提出了本论文的工作目的和设计思想。
　　在论文第二章中，研制了一种渗透作用微泵，对微泵的流速稳定性、工作时间、泵压等基本性能进行了考察。该微泵结构简单，造型小巧，无需外接能源，驱动液流无脉动。将微泵集成到微流控芯片上，实现了渗透微泵驱动的人大肠癌CCL-187细胞灌注培养，以及大肠癌细胞的特异性原位免疫荧光染色，证实细胞生长状态良好。
　　在论文第三章中，提出一种大规模集成化的浓度梯度微流控芯片。该芯片具有高密度通道网络，在20 s内形成了上百种稳定的浓度梯度，梯度模式多样，分支通道浓度可定量计算，增加分支通道数目几乎不增加芯片体积。将该芯片用于药物诱导细胞凋亡测试，在一次操作中实现了单药64种浓度诱导HeLa细胞凋亡的测试，还能同时完成2种药物单药浓度梯度和双药混合浓度梯度共192种浓度诱导细胞凋亡的测试。
　　在论文第四章中，发展了一种微流控阵列化浓度梯度液滴形成芯片。对于2个入口5级混合通道的芯片，能够同时生成64列33种梯度浓度的液滴阵列。液滴的平均直径为40-50μm，体积约50 pL，不同阵列之间液滴尺寸的RSD小于7.0％。此浓度梯度液滴形成系统用于制备金银合金纳米粒子，得到了33种不同金银配比的纳米粒子，将作为多颜色多浓度的编码微粒用于细胞标记。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微流体控制技术

1．1．1 微流体控制技术概述

1．1．2 微流控芯片细胞分析常用的微流体控制技术

1．2 用于微流控细胞灌注培养的微流体驱动技术

1．2．1 细胞灌注培养常用流体驱动技术

1．2．2 微流控细胞灌注培养渗透驱动技术

1．3 微流控芯片浓度梯度形成方法及其在细胞分析中的应用

1．3．1 微流控芯片细胞分析浓度梯度技术

1．3．2 静态浓度梯度形成方法

1．3．3 动态浓度梯度形成方法

1．4 微流控液滴技术及其在细胞分析中的应用

1．4．1 微流控液滴技术

1．4．2 细胞的液滴包裹方法

1．4．3 特定内容物液滴的形成方法

1．5 本文的工作目的和设计思想

第2章 基于渗透微泵的微流控芯片细胞培养研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料和试剂

2．2．2 仪器

2．2．3 渗透作用微泵的制作

2．2．4 细胞培养芯片的制作

2．2．5 微泵的性能测试

2．2．6 微流控芯片细胞灌注培养的操作过程

2．2．7 微流控芯片大肠癌细胞的免疫荧光染色实验过程

2．3 结果和讨论

2．3．1 集成化渗透微泵的设计思想

2．3．2 影响微泵性能的主要因素

2．3．3 影响微流控芯片细胞灌注培养的主要因素

2．3．4 微流控芯片原位细胞免疫荧光染色

2．4 小结

第3章 大规模集成化浓度梯度形成芯片的研制及其在细胞凋亡中的应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 浓度梯度芯片的制作

3．2．4 微流控浓度梯度的形成过程

3．2．5 微流控芯片细胞培养

3．2．6 浓度梯度诱导细胞凋亡

3．3 结果和讨论

3．3．1 浓度梯度芯片的设计

3．3．2 浓度梯度芯片的性能

3．3．3 浓度梯度芯片药物诱导细胞凋亡

3．4 小结

第4章 浓度梯度液滴阵列的形成及其在编码微粒制备中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂和材料

4．2．2 仪器

4．2．3 浓度梯度液滴芯片的制作

4．2．4 浓度梯度液滴的形成

4．2．5 金银合金纳米粒子的制备

4．3 结果和讨论

4．3．1 浓度梯度液滴芯片的设计

4．3．2 浓度梯度液滴芯片的性能

4．3．3 浓度梯度液滴合成多色金银合金纳米粒子

4．4 小结

参考文献

致谢

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