【摘要】：細(xì)胞捕獲和分選是指從非均一的細(xì)胞群體中固定、收集指定特征細(xì)胞的技術(shù),如從外周血中捕獲循環(huán)腫瘤細(xì)胞,是細(xì)胞操控研究中重要的兩個(gè)部分。從成分不均一的各種細(xì)胞生物液中捕獲分離目標(biāo)細(xì)胞是一種重要的工程技術(shù),無(wú)論在科學(xué)研究領(lǐng)域還是在實(shí)際臨床應(yīng)用中都具有重要的意義。目前,傳統(tǒng)的細(xì)胞操控方式,如光鑷技術(shù)、顯微技術(shù),雖能精準(zhǔn)操控單個(gè)細(xì)胞,甚至更為微小的細(xì)胞器,但存在對(duì)設(shè)備依賴性強(qiáng)、操作效率低、有創(chuàng)操作等諸多問(wèn)題,在高通量、高效率等場(chǎng)合下難以勝任。與傳統(tǒng)的細(xì)胞操控方式相比,微流控技術(shù)具有成本低廉、耗樣量低、分析速度快、靈敏度高、通量高等優(yōu)勢(shì),可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的細(xì)胞操控方式的不足。然而,現(xiàn)有的多種基于微流控芯片進(jìn)行細(xì)胞捕獲、分選的方案都存在著不足,如芯片加工難度大,分選效率低等。本論文針對(duì)現(xiàn)有方法的不足,設(shè)計(jì)四種基于壩原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)胞捕獲、分選研究,其中四種結(jié)構(gòu)分別是橫條型結(jié)構(gòu)、圓弧型結(jié)構(gòu)、三角型結(jié)構(gòu)和又指型結(jié)構(gòu)。通過(guò)FLUENT對(duì)四種結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)有的U型結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,比較五種結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)分布,理論分析細(xì)胞捕獲過(guò)程,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,分析評(píng)價(jià)五種結(jié)構(gòu)的捕獲效率。其中不管是細(xì)胞捕獲容量還是細(xì)胞存儲(chǔ)穩(wěn)定性,叉指型結(jié)構(gòu)都占有優(yōu)勢(shì)。叉指型結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于在不增加芯片的寬度的前提下,充分利用芯片的長(zhǎng)度來(lái)增加捕獲容量,且能解決U型等常規(guī)陣列結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)的堵塞問(wèn)題,同時(shí),可通過(guò)多芯片級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行細(xì)胞分選。論文的具體研究?jī)?nèi)容為：①芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)四種基于壩原理結(jié)構(gòu)用于細(xì)胞捕獲、分選研究,并通過(guò)FLUENT仿真軟件對(duì)四種結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)有的U型結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,研究芯片內(nèi)壓強(qiáng)、速度分布情況,根據(jù)芯片流場(chǎng)分布調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),優(yōu)化結(jié)構(gòu),尋求最優(yōu)的細(xì)胞捕獲、分選結(jié)構(gòu),并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行理論分析細(xì)胞操控過(guò)程,其中叉指型結(jié)構(gòu)在彎折深處存在一段盲區(qū),流速較慢,利于細(xì)胞捕獲和儲(chǔ)存。②微流控芯片制備分析對(duì)比現(xiàn)有的幾種常用加工工藝的優(yōu)缺點(diǎn),選擇適用于本論文芯片加工的方案。芯片制備流程主要包括模具制作、PDMS注塑和芯片鍵合。模具選用硅片為基板,涂覆SU-8負(fù)膠,采用光刻法制備。由于結(jié)構(gòu)中存在兩種高度,模具加工方式有別于單一高度的芯片,需進(jìn)行兩次掩膜、兩次曝光和一次顯影。本論文起初采用常規(guī)加工思路,但因?qū)R問(wèn)題加工效果不佳,后在常規(guī)加工思路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),提出更為高效的模具加工方案。并在模具上涂覆PDMS采用注塑法制備芯片,再通過(guò)氧等離子處理方式與玻璃進(jìn)行鍵合,最后驗(yàn)證芯片的成效性。③細(xì)胞操控研究利用五種結(jié)構(gòu)芯片進(jìn)行細(xì)胞操控研究,細(xì)胞操控主要包括細(xì)胞的捕獲和分選,比較五種結(jié)構(gòu)的捕獲效果,統(tǒng)計(jì)捕獲效率,其中叉指型結(jié)構(gòu)捕獲容量最大,且漏捕率最低。并在紅細(xì)胞中參入K562細(xì)胞模擬外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞的循環(huán)流動(dòng)效果,通過(guò)叉指型結(jié)構(gòu)進(jìn)行混合液中K562細(xì)胞捕獲,研究叉指型結(jié)構(gòu)在細(xì)胞分選中的應(yīng)用。細(xì)胞分選實(shí)驗(yàn)主要包括正常人血中紅、白細(xì)胞的分離以及紅、K562癌細(xì)胞的分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通入50u1稀釋后全血,紅細(xì)胞密度為2×105個(gè)/ml,共捕獲到8個(gè)白細(xì)胞,紅白細(xì)胞的比例為1250：1,在正常成年人紅白細(xì)胞比例范圍之內(nèi)(380：1-1375：1)。K562細(xì)胞、紅細(xì)胞混合液中K562細(xì)胞密度約2×103個(gè)/ml,紅細(xì)胞密度約2×105個(gè)/ml,通入50u1的細(xì)胞懸浮液(約有100個(gè)K562細(xì)胞),共捕獲96個(gè)K562細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明叉指型結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)捕獲能力和高捕獲效率。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q813

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本文編號(hào)：2769791