用于單細胞分析的微流控芯片研究.pdf

1、經(jīng)過三十多年的發(fā)展，微流控技術已覆蓋化學、物理、生物、醫(yī)學、材料科學、光學和微機電系統(tǒng)(MEMS)等眾多領域，成為一個重要的交叉學科。它在很多領域得到廣泛的應用，比如即時檢測、材料的篩選及合成以及細胞分析等。微流控技術滿足了生命科學對細胞等生物樣品進行更高效、更靈敏、更快速分離分析的需求，而且微流控系統(tǒng)的特征尺寸與細胞和其他微生物實體的大小相稱，更有利于對少量細胞甚至是單個細胞的操控和分析。
　　該論文首先介紹了本課題的背景及意義

2、，對單細胞捕獲及培養(yǎng)的方法進行了總結，針對現(xiàn)有問題提出了本課題微流控細胞捕獲陣列。依據(jù)哈根-泊肅葉定律對芯片基本結構進行了設計，建立了溝道網(wǎng)絡的流阻模型。通過在MATLAB中的建模，計算出設計結構中用于單細胞捕獲的壓強差的大小，從而對芯片的結構尺寸進行優(yōu)化和改進。在此基礎上本課題主要設計和制作了一種具有96個細胞陷阱的微流控芯片。96個細胞陷阱按陣列的形式排布(16行6列)。主流體通道和側流體通道之間的狹縫形成了各個陷阱。通過穿過狹縫的

3、流體壓強差，細胞可以被捕獲和固定在這些狹窄的縫隙上。每一列細胞陷阱上的壓強差可以通過調整主流體通道和側流體通道的流量來改變，從而獲得一個用于細胞固定的合適的壓強差。在該微流控芯片中，6列平行的細胞培養(yǎng)通道被設計用于細胞培養(yǎng)的對照培養(yǎng)，每列有16個細胞陷阱。由于芯片設計中設計了6條平行的捕獲溝道，為此設計了3個入口可以利用層流效應，通過調整三個入口的流量比例實現(xiàn)樣品在六條溝道中的依次輸送。當所有6列細胞捕獲完成后，可以將某幾列中捕獲的細胞

4、暴露在不同細胞培養(yǎng)介質中進行細胞的對照培養(yǎng)。
　　芯片的制作過程是，首先通過光刻在硅片襯底上的SU-8獲得溝道模具，然后可以使用軟光刻工藝在PDMS中制作溝道結構。將獲得的PDMS溝道層通過打孔和氧等離子體表面處理鍵合，可以獲得雙層PDMS的溝道網(wǎng)絡，最終使用載玻片密封溝道完成芯片的加工。為了驗證芯片功能，設計和進行了如下三個實驗:（一）通過染料溶液驗證使用層流效應依次輸送樣品至六條平行溝道的可行性;（二）使用直徑為10μm的微珠