一種應(yīng)用于生物細(xì)胞檢測(cè)的微流體陣列設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本結(jié)構(gòu)單元，同時(shí)也是疾病形成過程中致病的基本單元。將細(xì)胞作為分析物，通過一定的手段利用表面應(yīng)力原理研究一些細(xì)胞本身與疾病之間的病理關(guān)系對(duì)生物工程細(xì)胞分子學(xué)、疾病的早期診斷具有重要意義。
　　 針對(duì)細(xì)胞研究應(yīng)運(yùn)而生的生物傳感器研究一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。其探測(cè)方法主要集中在熒光標(biāo)記技術(shù)、化學(xué)發(fā)光分析法等標(biāo)記式探測(cè)以及質(zhì)譜分析法、聲表面波技術(shù)、表面等離子體共振等無標(biāo)記式光學(xué)探測(cè)，前者在標(biāo)記過程中對(duì)細(xì)胞分子的功能性

2、及穩(wěn)定性會(huì)有一定損害作用，而后者在測(cè)試方面大多使用光學(xué)儀器，其體積龐大，不便于集成化封裝，為細(xì)胞的實(shí)時(shí)檢測(cè)帶來了不便。
　　 微流體技術(shù)作為進(jìn)行分析物加載和清洗的一項(xiàng)重要工具，是生物傳感器集成化、微型化的一種必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。由于在微流控芯片中對(duì)于細(xì)胞的研究更接近細(xì)胞在體內(nèi)的真實(shí)狀態(tài)，同時(shí)又具有易于操縱、便于集成等優(yōu)勢(shì)而逐漸成為細(xì)胞分子、蛋白質(zhì)、DNA等生物研究的主流方向。
　　 本論文在調(diào)研常見的微流體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)

3、合本研究的設(shè)計(jì)目的和意義，設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)區(qū)域流體速度均勻、剪切力小、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的微流體陣列結(jié)構(gòu)。由于本設(shè)計(jì)采用了陣列的方式對(duì)細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)又利用讀出電路對(duì)信號(hào)做差分運(yùn)算，得到反應(yīng)微腔陣列和參考微腔陣列的差分信號(hào)，因此，可排除各種非人為噪聲在信號(hào)提取中對(duì)信號(hào)準(zhǔn)確性造成的影響，如震動(dòng)噪聲、非特異性吸附對(duì)敏感單元信號(hào)輸出的影響等，達(dá)到精確檢測(cè)的目的，這為微小信號(hào)的提取提供了一種手段。另一方面，加載細(xì)胞營養(yǎng)液以及細(xì)胞檢測(cè)溶液均是通過擴(kuò)散作用實(shí)

4、現(xiàn)，流體在微腔中不僅速度均勻，而且流速明顯減小，可減小微反應(yīng)腔中流體對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的剪切力，從而降低了流體對(duì)細(xì)胞的損害。
　　 同時(shí)，本論文采用COMSOL多物理場(chǎng)耦合有限元仿真軟件進(jìn)行了系列仿真，首先選取三種典型微流體結(jié)構(gòu)同時(shí)對(duì)流場(chǎng)仿真和理論分析，通過結(jié)構(gòu)對(duì)比，最終確定了適用于本研究的微流體結(jié)構(gòu)陣列設(shè)計(jì)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)微流體陣列結(jié)構(gòu)做了關(guān)鍵尺寸的優(yōu)化工作。
　　 最后，通過對(duì)微流體加工材料和制備方法進(jìn)行調(diào)研，選取了有良