基于稀釋-過濾法去除低溫保護(hù)劑的微系統(tǒng)研究.pdf

1、低溫保存的細(xì)胞已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞治療、組織再生和生殖醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在細(xì)胞的低溫保存過程中，低溫保護(hù)劑可以延長細(xì)胞的保存時(shí)間以及防止細(xì)胞的低溫?fù)p傷，但是低溫保護(hù)劑對(duì)細(xì)胞有毒性并且對(duì)人體有副作用，因此在細(xì)胞使用之前去除低溫保護(hù)劑十分必要。
　　當(dāng)前，從低溫保存的細(xì)胞中去除低溫保護(hù)劑的方法主要有離心法、透析法和超濾法。離心法操作簡單，但離心力易導(dǎo)致細(xì)胞損傷和結(jié)塊，從而造成細(xì)胞損失;透析法可以減少細(xì)胞滲透壓損傷，但低溫保護(hù)劑的洗滌效率較低

2、;超濾法可快速清除低溫保護(hù)劑，但細(xì)胞回收率較低。這些方法通常適合洗滌大體積的細(xì)胞懸浮液(30～500mL)，但不適合處理微量的細(xì)胞樣品。近年來，隨著微流控技術(shù)的迅速發(fā)展，已有文獻(xiàn)開始研發(fā)低溫保護(hù)劑洗滌芯片以處理微量的冷凍復(fù)溫細(xì)胞，但這些芯片存在諸多不足（比如低溫保護(hù)劑洗滌效率不高）。
　　因此，本文提出了一種基于稀釋-過濾法去除細(xì)胞低溫保護(hù)劑的微系統(tǒng)（該微系統(tǒng)也稱為多步稀釋-過濾微裝置）。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心理念是:基于微流控技術(shù)，含有

3、低溫保護(hù)劑的細(xì)胞懸浮液用含有不同氯化鈉濃度的稀釋液逐級(jí)稀釋，細(xì)胞內(nèi)的低溫保護(hù)劑跨膜輸運(yùn)至細(xì)胞外溶液，細(xì)胞外含有低溫保護(hù)劑的溶液通過過濾逐級(jí)去除。本文的主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)并加工了多步稀釋-過濾微裝置。本文微裝置設(shè)計(jì)用于從豬紅細(xì)胞中清除甘油。在設(shè)計(jì)中，利用梯度網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生稀釋液，利用特斯拉混合器實(shí)現(xiàn)溶液混合，利用基爾霍夫電壓-電流定律確定設(shè)計(jì)參數(shù)。本文的微裝置用有機(jī)玻璃加工而成。
　　(2)理論分析了本文設(shè)計(jì)的微裝置的性能。首先，基

4、于低溫保護(hù)劑跨細(xì)胞膜輸運(yùn)模型，模擬了微裝置低溫保護(hù)劑洗滌時(shí)細(xì)胞體積的變化和甘油濃度的變化。其次，利用稀物質(zhì)輸運(yùn)模型，研究了稀釋液產(chǎn)生區(qū)和稀釋-過濾執(zhí)行區(qū)中混合器的性能。
　　(3)實(shí)驗(yàn)研究了本文設(shè)計(jì)的微裝置的性能。通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，確定了微裝置在設(shè)計(jì)條件下的甘油清除率、細(xì)胞存活率和細(xì)胞回收率，探索了甘油濃度、細(xì)胞壓積比和過濾膜孔徑對(duì)微裝置性能的影響。通過無細(xì)胞熒光實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了稀釋液產(chǎn)生區(qū)和稀釋-過濾執(zhí)行區(qū)的功能。
　　本文研究結(jié)

5、果表明，在微裝置中，細(xì)胞的體積一直保持在細(xì)胞能承受的安全范圍內(nèi)（0.5～1.51倍的初始體積），細(xì)胞內(nèi)的甘油可被有效清除，混合器能夠?qū)崿F(xiàn)兩股溶液的充分快速混合。在設(shè)計(jì)條件下（細(xì)胞懸浮液流量為0.2mL/min，甘油初始濃度為20％w/v，細(xì)胞壓積比為24％v/v），甘油清除率達(dá)到約80％，細(xì)胞存活率達(dá)到約90％，但細(xì)胞回收率相對(duì)較低，約40％。當(dāng)甘油濃度較低時(shí)，三個(gè)性能指標(biāo)均較高;當(dāng)細(xì)胞密度較高或過濾膜的孔徑較大時(shí)，甘油清除率較高，但細(xì)