细胞水平的微流控疾病诊断和高通量药物筛选系统的研究

摘要

近年来，随着微流控技术的迅速发展，其微流控系统中的流体操控和细胞培养等相关基础研究，以及微流控系统中的疾病诊断和疾病治疗等相关应用研究方兴未艾。有研究表明通过检测细胞的力学性质，可进行相关疾病的早期诊断。然而，现有的细胞力学检测系统存在装置复杂、造价昂贵等缺陷，较难应用于基于细胞力学性质的疾病诊断。高通量筛选是现有新药发现的主要模式。但现有的高通量筛选系统多以多孔板为液体平台，机械臂为液体操控手段，存在药物和试剂消耗量大等缺陷，并且较难实现较为复杂的药物筛选。
　　本论文主要分为两个部分，第一部分构建了一套弹性膜的微流控系统，可实现细胞力学性质的分析;第二部分基于多步液滴操控技术，建立了一套微流控高通量药物筛选系统。论文分以下几方面:
　　第一章综述了微流控系统中的细胞力学性质检测技术与高通量药物筛选技术。在细胞力学性质检测技术中，分别介绍了基于细胞形变性的微流控细胞检测技术与原位单细胞细胞力学性质检测技术。在微流控高通量药物筛选技术中，分别介绍了基于单相流、液滴和微阵列的微流控药物高通量筛选技术。
　　第二章建立了一套检测细胞形变性的微流控系统，初步实现具有不同细胞力学性质的细胞区分。细胞形变性是细胞力学性质的一种，表达了细胞的软硬程度或细胞受到形变后恢复到原始状态的能力。本论文在一块具有双层通道的微流控芯片中，利用芯片中的PDMS弹性膜压缩细胞，然后释放，用CCD记录细胞形变后的恢复过程;将该过程用力学模型拟合后，分别计算得到细胞的特征恢复时间与特征形变参数。并以嗜中性白血病细胞（HL60）和成纤维细胞(3T3)为测试对象，考察了系统性能，对这两种细胞实现了区分。该系统具有设备简单，使用方便，细胞用量少等优势，有望被应用于疾病诊断等领域。
　　第三章建立了一套液滴顺序操控的微流控系统，可实现液滴中细胞的培养，并应用于药物的高通量筛选。在该系统中，通过在一块微流控芯片集成微量样品的量取、混合、运输、吸取等多步操控，可完成液滴中细胞长时间培养、培养液更换、顺序药物刺激和细胞活性检测等多种操作。本论文以非小肺癌细胞A549为模型细胞，分别以Flavopiridol、Paclitaxel和5-Fluorouracil三种抗肿瘤药物作为模型药物，实现了药物联用的筛选，并确定了最佳的药物联用条件。与传统系统相比，该系统可实现微量样品的复杂操控，并可有效降低药物消耗，为药物筛选提供了一种新型的筛选平台。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微流控的细胞力学性质检测系统

1．2．1 基于微流控系统的细胞形变性检测

1．2．2 基于微流控系统的原位单细胞细胞力学分析

1．3 微流控细胞高通量药物筛选系统

1．3．1 基于单相流的徽流控药物筛选系统

1．3．2 基于液滴的微流控药物筛选系统

1．3．3 基于微阵列的微流控药物缔选系统

1．4 博士论文选题的意义

参考文献

第二章 基于微流控弹性膜系统的细胞力学性质研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和材料

2．2．2 芯片加工

2．2．3 细胞培养

2．2．4 CytoD处理细胞

2．2．5 细胞染色

2．2．6 实验操作过程

2．2．7 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 装置设计

2．3．2 形变程度的影响

2．3．3 CytoD的影响

2．3．4 压缩时间的影响

2．3．5 PDMS表面的影响

2．4 结论

参考文献

第三章 基于微流控液滴系统的药物联用筛选研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和材料

3．2．2 毛细管加工与处理

3．2．3 平台建立

3．2．4 PDMS的制备

3．2．5 细胞培养

3．2．6 实验操作

3．2．7 计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 液滴中细胞的长时间培养

3．3．2 单一药物筛选

3．3．3 药物联用筛选

3．3．4 药物联用系数的计算

3．4 结论

参考文献

攻读博士期间所获得的科研成果