本文關(guān)鍵詞：基于微流控芯片的細(xì)胞檢測、分類和分選若干技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

基于微流控芯片的細(xì)胞檢測、分類和分選若干技術(shù)研究

梅哲  

【摘要】：細(xì)胞是一切生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。它是除了病毒之外所有具有完整生命力的生物的最小單位。細(xì)胞檢測、分類和分選技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)診斷所依仗的重要分析測試手段，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于血液學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、藥物學(xué)、分子生物學(xué)等生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的各個領(lǐng)域。近些年來，床旁檢測技術(shù)（Point-of-careTesting）的發(fā)展使得人們越來越青睞操作簡便、結(jié)果即時準(zhǔn)確的小型化檢測儀器。這樣，醫(yī)護(hù)人員可以在最接近病患的地方，以最短的時間獲得準(zhǔn)確的診斷信息，有利于對疾病的及時診斷、監(jiān)控和治療。微流控芯片具有尺寸小、效率高、集成度高、分析速度快、價格低廉等一系列特點�；谖⒘骺匦酒募�(xì)胞檢測、分類和分選儀器承載了人們對微型化細(xì)胞檢測設(shè)備的期望和追求，具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，利用微流控芯片技術(shù)平臺對細(xì)胞進(jìn)行檢測、分類和分選，已成為近些年來研究的熱點領(lǐng)域之一，具有重要的現(xiàn)實意義和使用價值。 本論文瞄準(zhǔn)這一研究熱點，從細(xì)胞慣性力聚焦技術(shù)、細(xì)胞光信號檢測技術(shù)和細(xì)胞電阻抗信號檢測技術(shù)三個方面入手，對細(xì)胞在微流體通道內(nèi)的分布特性、基于細(xì)胞膜彈性差異的細(xì)胞無標(biāo)記分類方法和基于微流控芯片的細(xì)胞電阻抗檢測方法等關(guān)鍵技術(shù)展開了深入的研究和探討，主要取得了以下成果與創(chuàng)新： 1.開發(fā)出基于微流控芯片的細(xì)胞光信號編碼技術(shù)。該技術(shù)利用集成在微流控芯片通道上的金屬模板對細(xì)胞的散射光進(jìn)行編碼，然后借助數(shù)字信號處理手段即可從低信噪比原始信號中提取細(xì)胞的大角度散射光信號，進(jìn)而可以使用體積小、成本低的光電二極管代替笨重、昂貴的光電倍增管來檢測細(xì)胞的大角度散射光。同時，通過結(jié)合編碼信息和微流體直管通道的流速分布對稱特征，，本技術(shù)可以用來推算細(xì)胞在微流體通道內(nèi)流動時的三維分布情況（第3章，3.2節(jié)，3.3節(jié)和3.4節(jié)）。 2.提出定量評估微流體芯片三維聚焦設(shè)計有效性的方法。本方法利用光信號編碼技術(shù)計算細(xì)胞等微粒在微流體通道內(nèi)流動速度，然后通過速度變異系數(shù)評估細(xì)胞等微粒在微流體通道內(nèi)的聚焦情況。與傳統(tǒng)方法相比，本方法不需使用任何高倍顯微鏡或復(fù)雜的可視化設(shè)備，即可對細(xì)胞等微粒在微流體通道內(nèi)聚焦效果進(jìn)行評估（第3章，3.5節(jié)）。 3.提出利用細(xì)胞膜彈性差異和體積差異對白細(xì)胞進(jìn)行無標(biāo)記分類的細(xì)胞分類方法�；谥行粤＜�(xì)胞體積較大，細(xì)胞膜彈性相比其他類型的白細(xì)胞高的特點，本文使用微量血實驗證實本方法可以用來計數(shù)血細(xì)胞中的中性粒細(xì)胞。本方法簡化了常規(guī)血細(xì)胞樣本制備過程，跳過抗凝、離心、標(biāo)記或染色和過濾等步驟，有希望被進(jìn)一步開發(fā)成為一種應(yīng)用于癌癥化療過程中監(jiān)控中性粒細(xì)胞數(shù)量的床旁檢測儀器（Point-of-careDevice）（第4章）。 4.針對現(xiàn)階段基于微流控芯片的細(xì)胞電阻抗檢測技術(shù)所存在的不足，本文提出一種制作簡單、成本低廉、適合規(guī)模生產(chǎn)的低成本細(xì)胞電阻抗檢測芯片設(shè)計。該設(shè)計將普通的金屬針安裝到微流體通道兩側(cè)作為電極，然后采用交流電場檢測細(xì)胞的阻抗信息。本設(shè)計提高了微通道檢測區(qū)域的電場強度均勻性，增強了檢測信號的平穩(wěn)性，進(jìn)而降低細(xì)胞阻抗信號的變異系數(shù)（第5章，5.1節(jié)和5.2節(jié)）。 5.將細(xì)胞電阻抗信號和細(xì)胞在微流體通道內(nèi)的分布特性相結(jié)合，本論文提出基于阻抗比的細(xì)胞分類方法，可以對白細(xì)胞進(jìn)行初步的篩選分類。同時，本論文將基于微流控芯片的細(xì)胞電阻抗檢測技術(shù)，應(yīng)用到細(xì)胞分選領(lǐng)域，可以實時監(jiān)控分選狀況、優(yōu)化分選參數(shù)和驗證分選效率（第5章，5.3節(jié)和5.4節(jié)）。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R730.4;TN492
【目錄】：

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