連續(xù)流細(xì)胞電融合芯片的數(shù)學(xué)仿真.pdf

1、細(xì)胞融合不僅在雜交育種、基因調(diào)控、遺傳生物學(xué)和食品安全等方面應(yīng)用廣泛，而且在很多新興研究領(lǐng)域，也已成為關(guān)鍵技術(shù)。因此如何促使細(xì)胞進(jìn)行融合以及怎樣提高細(xì)胞的融合率，同時(shí)保證融合后的細(xì)胞的存活率成為國內(nèi)外研究中爭相探討的問題。
　　如今細(xì)胞融合研究領(lǐng)域中最熱門的工作是將細(xì)胞融合技術(shù)與新興的微流控技術(shù)進(jìn)行交匯而新形成的細(xì)胞融合芯片技術(shù)。盡管微系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用使細(xì)胞電融合在可控性、可觀察性以及融合率方面有了很大提高，但是還沒有解決異源細(xì)胞的

2、準(zhǔn)確配對(duì)、大量融合細(xì)胞的快速獲得以及融合細(xì)胞的有效分離等幾個(gè)難題。因此，我們提出了一種連續(xù)流的細(xì)胞電融合方法的研究，建立了基于微流控和介電電泳力細(xì)胞控制技術(shù)的異源細(xì)胞精確配對(duì)方案，并與一維微電極陣列低壓直流電脈沖穿孔和芯片細(xì)胞分離技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種新穎的高效連續(xù)流細(xì)胞電融合方法。作為該項(xiàng)目的一部分，本文的主要目的是利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)芯片內(nèi)各個(gè)部分的流場和電場進(jìn)行仿真分析，探討各個(gè)參數(shù)對(duì)芯片內(nèi)部流場、電場的

3、影響，從而為獲得最佳的芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及后期的實(shí)驗(yàn)研究提供一定的理論指導(dǎo)。
　　本文在前期研究工作和Wang等人方法的基礎(chǔ)上，提出一種新的連續(xù)流細(xì)胞電融合芯片模型，讓細(xì)胞對(duì)順次通過幾對(duì)微電極構(gòu)成的陣列實(shí)現(xiàn)連續(xù)融合。針對(duì)流體和細(xì)胞控制、電穿孔及融合的要求，對(duì)微流控芯片通道和電極的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果將為連續(xù)流細(xì)胞電融合芯片的設(shè)計(jì)加工和實(shí)驗(yàn)研究提供相應(yīng)的理論支持。具體而言，本文主要包括以下研究內(nèi)容：（1）簡要介紹連續(xù)流細(xì)胞電融合

4、芯片的總體設(shè)計(jì)及基本的仿真思路；（2）建立連續(xù)流細(xì)胞電融合芯片進(jìn)樣配對(duì)段的仿真模型，探討不同參數(shù)對(duì)其芯片內(nèi)部流場的影響，從而為芯片設(shè)計(jì)和后期實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇提供理論指導(dǎo)；（3）建立連續(xù)流細(xì)胞電融合芯片電融合段的仿真模型，研究不同微電極陣列設(shè)計(jì)下芯片內(nèi)部的電場分布，從而獲得良好的芯片電極設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。
　　數(shù)學(xué)仿真結(jié)果顯示：（1）在最初的細(xì)胞進(jìn)樣處理段，鞘流溝道與樣品液溝道之間的夾角和L邊鞘流/L樣品流的比值對(duì)聚焦流寬度無明顯影響，只

5、會(huì)影響聚焦流的平穩(wěn)度；而V邊鞘流/V樣品流比值越大，聚焦流寬度越窄，且當(dāng)流速比達(dá)到4：1后，聚焦流寬度小于10m，且趨于穩(wěn)定。（2）在隨后的細(xì)胞交匯配對(duì)段的仿真結(jié)果則表明入口通道長度與匯合后的通道長度的比值不影響芯片內(nèi)部流體流速；而兩條入口通道之間的交匯角越大，則流體交匯越迅速，但是流速并不如何變化。（3）細(xì)胞融合段的一系列的電場仿真分析則更加說明了連續(xù)流細(xì)胞融合芯片的特殊性，相應(yīng)地，在設(shè)計(jì)芯片時(shí)需要聯(lián)系流速來進(jìn)行芯片融合區(qū)域的電極尺寸