基于微流控芯片的細胞分離、捕獲和分析的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、微流控因其具有樣品和試劑用量少，分析時間短，靈敏度高，便于微型化和便攜化等優(yōu)點引起了人們的廣泛關(guān)注和極大興趣。因此在很多領(lǐng)域均得到了應(yīng)用，比如：化學和生物分析，細胞研究，臨床檢測，癌癥分析，材料合成和環(huán)境檢測等。其中對細胞的研究是其廣泛應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。而對細胞研究的第一步是將需要的目標細胞進行分離、捕獲。本文針對微流控芯片在細胞分析和檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，分別設(shè)計和制備了血漿分離芯片、白細胞捕獲芯片和循環(huán)腫瘤細胞捕獲芯片，最后對聚二甲基硅

2、氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)材料的核酸擴增集成芯片進行了初步探討。
　　(1)為了實現(xiàn)對細胞的捕獲，本文首先設(shè)計和制備了兩種基于微陷阱陣列的細胞捕獲結(jié)構(gòu)。細胞捕獲結(jié)構(gòu)采用兩層設(shè)計，第一層是支柱層，其作用是通過微柱使第二層結(jié)構(gòu)和鍵合的玻璃基片之間形成微小的縫隙，第二層結(jié)構(gòu)為“U”型結(jié)構(gòu)，并在頂端處設(shè)計了尖三角結(jié)構(gòu)。第二種捕獲結(jié)構(gòu)在第一種捕獲結(jié)構(gòu)的前端設(shè)計了導流帽結(jié)構(gòu)。最后用大腸桿菌和酵母菌對芯片的性能進

3、行了測試，實驗結(jié)果顯示：無帽細胞捕獲陣列結(jié)構(gòu)具有更高的捕獲效率。因此血漿分離芯片和白細胞捕獲芯片均采用了無帽細胞捕獲陣列結(jié)構(gòu)。
　　(2)設(shè)計和制備了集成光纖的血漿分離檢測芯片。芯片的前端采用無帽細胞捕獲陣列結(jié)構(gòu)，后端的捕獲結(jié)構(gòu)中讓血液通過的空隙越來越小，最終的空隙只能讓血漿通過，從而達到分離血漿的目的。在初步實驗的基礎(chǔ)上，進一步改進了芯片結(jié)構(gòu)，使血漿通過捕獲結(jié)構(gòu)的幾率分別增加到初始設(shè)計1.8倍和10.5倍，進而將血漿分離效率提高

4、到了99％。
　　(3)設(shè)計和制備了基于化學分離及微結(jié)構(gòu)陣列集成的白細胞捕獲芯片。此芯片包括兩個功能單元：紅細胞裂解單元和白細胞捕獲單元。芯片的紅細胞裂解單元是一條由52個半圓環(huán)連接而成的彎曲管道。全血中的紅細胞經(jīng)過與紅細胞裂解液在彎曲管道中充分混合后而裂解。兩者在約為0.05μl/min的流速下能夠在彎曲管道達到完全混合，混合時間約為85s。利用此芯片達到了從全血中直接捕獲白細胞的目的。
　　(4)設(shè)計和制備了基于磁學和生

5、物學方法的腫瘤細胞捕獲芯片。理論分析得出磁珠在運動的流體中受到的磁場力和粘拽力的相互作用大小決定了磁珠能否被捕獲。芯片采用了等邊三角排列微磁柱結(jié)構(gòu)，利用微磁柱周圍的磁場將磁珠和細胞的結(jié)合體捕獲。CD4納米免疫磁珠和MyOne微米磁珠測試結(jié)果表明，芯片的磁柱能夠?qū)⒋胖椴东@在其周圍。最后利用含有EpCAM抗體的CD326磁珠對Sw620細胞胞進行了捕獲測試。結(jié)果表明，在0.2-1.2ml/h的流速情況下，細胞的捕獲效率基本上穩(wěn)定在85%左右

6、。隨著流速的進一步增大，細胞的捕獲效率隨之降低。
　　(5)設(shè)計和制備了PDMS材料的核酸擴增集成芯片。然后通過對比PDMS表面氧等離子體處理和未經(jīng)處理的芯片腔室中液體變化情況發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過氧等離子體處理芯片的腔室中在60-95℃沒有發(fā)現(xiàn)氣泡，而未經(jīng)處理的芯片腔室中氣泡隨溫度的升高而不斷增大，經(jīng)過多次循環(huán)仍有大量氣泡出現(xiàn)。我們從PDMS表面的疏水性和氣透性解釋了氧等離子體處理的效果和作用。PDMS經(jīng)過氧等離子體處理后由疏水性變?yōu)橛H水性