一種應用于生物細胞檢測的微流體陣列設計與仿真.pdf

1、細胞是構(gòu)成生物體的基本結(jié)構(gòu)單元，同時也是疾病形成過程中致病的基本單元。將細胞作為分析物，通過一定的手段利用表面應力原理研究一些細胞本身與疾病之間的病理關系對生物工程細胞分子學、疾病的早期診斷具有重要意義。
　　 針對細胞研究應運而生的生物傳感器研究一直是國內(nèi)外研究的熱點。其探測方法主要集中在熒光標記技術、化學發(fā)光分析法等標記式探測以及質(zhì)譜分析法、聲表面波技術、表面等離子體共振等無標記式光學探測，前者在標記過程中對細胞分子的功能性

2、及穩(wěn)定性會有一定損害作用，而后者在測試方面大多使用光學儀器，其體積龐大，不便于集成化封裝，為細胞的實時檢測帶來了不便。
　　 微流體技術作為進行分析物加載和清洗的一項重要工具，是生物傳感器集成化、微型化的一種必不可少的關鍵技術。由于在微流控芯片中對于細胞的研究更接近細胞在體內(nèi)的真實狀態(tài)，同時又具有易于操縱、便于集成等優(yōu)勢而逐漸成為細胞分子、蛋白質(zhì)、DNA等生物研究的主流方向。
　　 本論文在調(diào)研常見的微流體結(jié)構(gòu)基礎上，結(jié)

3、合本研究的設計目的和意義，設計了一種檢測區(qū)域流體速度均勻、剪切力小、設計簡單的微流體陣列結(jié)構(gòu)。由于本設計采用了陣列的方式對細胞進行檢測，同時又利用讀出電路對信號做差分運算，得到反應微腔陣列和參考微腔陣列的差分信號，因此，可排除各種非人為噪聲在信號提取中對信號準確性造成的影響，如震動噪聲、非特異性吸附對敏感單元信號輸出的影響等，達到精確檢測的目的，這為微小信號的提取提供了一種手段。另一方面，加載細胞營養(yǎng)液以及細胞檢測溶液均是通過擴散作用實

4、現(xiàn)，流體在微腔中不僅速度均勻，而且流速明顯減小，可減小微反應腔中流體對細胞產(chǎn)生的剪切力，從而降低了流體對細胞的損害。
　　 同時，本論文采用COMSOL多物理場耦合有限元仿真軟件進行了系列仿真，首先選取三種典型微流體結(jié)構(gòu)同時對流場仿真和理論分析，通過結(jié)構(gòu)對比，最終確定了適用于本研究的微流體結(jié)構(gòu)陣列設計模型，并在此基礎上對微流體陣列結(jié)構(gòu)做了關鍵尺寸的優(yōu)化工作。
　　 最后，通過對微流體加工材料和制備方法進行調(diào)研，選取了有良