微流控芯片上单细胞进样、溶膜以及细胞内组分分离、检测的集成化研究

摘要

最近,微流控分析系统(μTAS)在生物细胞领域的发展引起了广泛的关注.微流控芯片的微米尺寸的通道更适合于单细胞样品的引入、操控、反应、分离和检测.因此,将这些功能集成在具备毛细管电泳分离功能的微芯片上,对单细胞组分分析将产生更高效和更简单的方法.该研究工作的目的是将单细胞的全部分析过程——包括单细胞试样引入、溶膜、胞内组分电泳分离与检测——在微流控芯片上完成.我们结合实验室现有的条件和单细胞体积较小的特点,总结出一套制备细通道芯片的方法,制得宽度48~50μm,深度约12μm的微流控芯片.研制了用于控制微流体和进行芯片毛细管电泳分离的四路高压直流电源.以普通倒置显微镜为主体,研制了多功能共聚焦结构激光诱导荧光显微镜.以自制的微流控芯片、电动驱动单元、多功能共聚焦结构激光诱导荧光显微镜(LIF)检测单元为主体,组建了一套适用于操控单细胞并对对胞内组分进行分析的微流控芯片毛细管电泳检测系统.在前人工作的基础上,借鉴了微流控系统在细胞操纵方面的研究成果,以及常规毛细管电泳在单细胞组分分析中的一些经验,以人血红细胞为对象,对单细胞在微流控芯片上的运输、定位、溶膜以及胞内组分的芯片毛细管电泳分离、激光诱导荧光(LIF)检测进行了全面系统的研究.首次利用流体静压力结合低压电场实现单细胞在微芯片中受控的运输和捕获;利用细胞的贴壁停留性质,首次实现了用电泳缓冲液结合高电压电场与在毫秒级时间内对细胞快速溶膜,溶膜时间小于40 ms,且不需加入其它溶膜试剂,减少了细胞内容物的在溶膜时的扩散,改善了组分峰的重现性并提高了CE分离的效率.在此基础上,对单个血红细胞内的谷胱甘肽进行了芯片毛细管电泳分离,并用激光诱导荧光法进行了定量检测.该文在微流控芯片上首次实现了单细胞分析的全过程集成化,进一步扩展了微分析系统的应用领域,为单细胞胞内组分的研究提供了一个崭新的平台.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

§1.1单细胞研究的意义与传统单细胞分析方法

§1.1.1单细胞研究的意义

§1.1.2毛细管电泳单细胞分析

§1.2微流控芯片系统与单细胞研究

§1.2.1在血液流变学研究中的应用

§1.2.2微流控芯片上单细胞操纵

§1.2.3微流控细胞计数装置

§1.2.4微流控芯片上单细胞处理

§1.2.5微流控芯片上单细胞分析

§1.3参考文献

第二章 微流控芯片上单细胞进样、溶膜以及细胞内组分分离、检测的集成化研究

§2.1引言

§2.2.实验部分

§2.2.1仪器装置

§2.2.2实验材料与试剂

§2.2.3细胞样品处理

§2.2.4实验方法

§2.3结果与讨论

§2.3.1细通道微流控芯片

§2.3.2多通道高压直流电源及对液流的调控

§2.3.3激光诱导荧光(LIF)检测系统

§2.3.4细胞的引入与单细胞进样

§2.3.5单细胞溶膜条件的优化

§2.3.6单个血红细胞内谷胱甘肽的分离和检测

§2.4总结

§2.5参考文献

附录 攻读博士学位期间完成的论文和工作

致谢

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