一種微流控單細胞捕獲及生化信號加載裝置.pdf

1、細胞微環(huán)境與細胞相互作用日益成為細胞生物學領域的研究熱點之一。對離體培養(yǎng)的單細胞進行操控、觀察、檢測是探究細胞生物學行為常用的手段。微流控裝置不僅是捕獲、操控離體培養(yǎng)細胞的理想實驗平臺，也是構建用于離體培養(yǎng)細胞的微環(huán)境的重要實驗工具，在細胞生物學研究工作中得到了廣泛使用?，F(xiàn)有的研究多數(shù)利用流體駐點或通道的邊界效應對單細胞進行捕獲。利用通道的邊界效應捕獲單細胞簡單、成本低廉，且易形成陣列結構來高效捕獲大量單細胞，但不便于對捕獲單細胞定量加

2、載動態(tài)生化刺激信號。另一種利用流體駐點捕獲單細胞的方法則可以對捕獲的單細胞有效地加載動態(tài)生化信號，但因駐點位置不穩(wěn)定使得捕獲不穩(wěn)定，不利于長時間觀察、檢測和分析;盡管可以通過外加反饋控制系統(tǒng)來增大捕獲的穩(wěn)定性，但需要更多的外部控制裝置，增加了裝置的復雜性。因此迫切需要一種簡單低價的、能實現(xiàn)單細胞穩(wěn)定捕獲且便于定量加載動態(tài)生化信號的微流控裝置。
　　利用流體力學原理和微流控技術，結合通道邊界效應與駐點流理論，本文設計了一種可用于單細

3、胞自動捕獲并能對捕獲單細胞定量加載動態(tài)生化信號的微流控裝置。該微流控裝置與可編程注射泵、熒光倒置顯微鏡、計算機等組合，構成了用于自動捕獲單細胞及加載、檢測和分析動態(tài)生化信號的實驗系統(tǒng)。一方面，通過數(shù)值方法求解微通道內的Navier-Stokes方程和Taylor-Aris彌散方程，分析了捕獲微通道內的流場分布及動態(tài)生化信號傳輸規(guī)律，2D和3D數(shù)值仿真結果均驗證了該微流控裝置捕獲單細胞和對被捕獲單細胞精確加載動態(tài)生化刺激信號的可能性。另一

4、方面，利用可編程注射泵控制注射器，將細胞懸浮液注入微通道內，實驗驗證了該微流控裝置捕獲單細胞的有效性;進一步利用注射器和可編程注射泵，通過軟件編程來控制注射泵的流量（流速）變化得到含有動態(tài)生化信號的刺激溶液，將該刺激溶液注入到微通道內對捕獲單細胞加載動態(tài)生化信號，實驗結果也驗證了該微流控裝置加載動態(tài)生化信號的可行性。
　　本文提供了一種能對離體培養(yǎng)單細胞進行長期捕獲且便于加載動態(tài)生化刺激信號的微流控裝置，為進一步研究微環(huán)境刺激引發(fā)