連續(xù)流細胞電融合芯片的數(shù)學仿真.pdf

1、細胞融合不僅在雜交育種、基因調(diào)控、遺傳生物學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)。因此如何促使細胞進行融合以及怎樣提高細胞的融合率，同時保證融合后的細胞的存活率成為國內(nèi)外研究中爭相探討的問題。
　　如今細胞融合研究領(lǐng)域中最熱門的工作是將細胞融合技術(shù)與新興的微流控技術(shù)進行交匯而新形成的細胞融合芯片技術(shù)。盡管微系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用使細胞電融合在可控性、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胞的

2、準確配對、大量融合細胞的快速獲得以及融合細胞的有效分離等幾個難題。因此，我們提出了一種連續(xù)流的細胞電融合方法的研究，建立了基于微流控和介電電泳力細胞控制技術(shù)的異源細胞精確配對方案，并與一維微電極陣列低壓直流電脈沖穿孔和芯片細胞分離技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)一種新穎的高效連續(xù)流細胞電融合方法。作為該項目的一部分，本文的主要目的是利用COMSOL Multiphysics軟件對芯片內(nèi)各個部分的流場和電場進行仿真分析，探討各個參數(shù)對芯片內(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)計以及后期的實驗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)流細胞電融合芯片模型，讓細胞對順次通過幾對微電極構(gòu)成的陣列實現(xiàn)連續(xù)融合。針對流體和細胞控制、電穿孔及融合的要求，對微流控芯片通道和電極的設(shè)計進行了仿真分析。仿真結(jié)果將為連續(xù)流細胞電融合芯片的設(shè)計加工和實驗研究提供相應(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)流細胞電融合

4、芯片的總體設(shè)計及基本的仿真思路；（2）建立連續(xù)流細胞電融合芯片進樣配對段的仿真模型，探討不同參數(shù)對其芯片內(nèi)部流場的影響，從而為芯片設(shè)計和后期實驗參數(shù)的選擇提供理論指導(dǎo)；（3）建立連續(xù)流細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)計相關(guān)參數(shù)。
　　數(shù)學仿真結(jié)果顯示：（1）在最初的細胞進樣處理段，鞘流溝道與樣品液溝道之間的夾角和L邊鞘流/L樣品流的比值對聚焦流寬度無明顯影響，只

5、會影響聚焦流的平穩(wěn)度；而V邊鞘流/V樣品流比值越大，聚焦流寬度越窄，且當流速比達到4：1后，聚焦流寬度小于10m，且趨于穩(wěn)定。（2）在隨后的細胞交匯配對段的仿真結(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)流細胞融合芯片的特殊性，相應(yīng)地，在設(shè)計芯片時需要聯(lián)系流速來進行芯片融合區(qū)域的電極尺寸