流體增強介電泳單細胞排列與控制芯片的研究.pdf

1、單細胞分辨率下細胞生物化學、物理特性的研究與表征，能夠有效揭示個體細胞在結(jié)構(gòu)功能與狀態(tài)上的差異性，對理解不同細胞新陳代謝、細胞性疾病的病理特征、細胞間的相互作用、細胞與介質(zhì)環(huán)境的相互作用等具有十分重要的意義。作為研究單細胞的重要手段，基于微流控芯片的單細胞排列與控制技術受到了愈來愈多的關注，然而目前大多數(shù)的單細胞排列與控制技術不僅成本高昂、而且效率很低，嚴重影響了單細胞排列與控制技術的推廣與應用。本文結(jié)合介電泳的非侵入、免標記、易控制與

2、流體動力學的高效率、低成本，通過仿真優(yōu)化和實驗測試，設計制作了三明治式流體增強介電泳單細胞排列與控制芯片，實現(xiàn)了高通量陣列化的單細胞排列與控制，主要內(nèi)容如下:
　　首先，對介電泳、絕緣介電泳和流體動力學的基本理論做了分析，得出了介電泳力的公式及影響其大小與方向的因素、絕緣微墻對空間非均勻電場分布的影響及微墻對層流的影響;然后建立了等效細胞多層球殼模型，對細胞進行受力分析得到流體增強介電泳捕獲與釋放細胞的原理;最后對OCI細胞的頻響

3、特性進行計算得出了不同電導率、不同介電常數(shù)溶液對細胞介電響應的影響，為單細胞排列與控制奠定了理論基礎。
　　其次，根據(jù)介電泳與流體動力學的基本理論，利用計算機輔助軟件AutoCAD、Solidworks建立了三明治式流體增強介電泳單細胞排列與控制芯片的結(jié)構(gòu)并提出了其兩種工作模式，之后使用有限元軟件COMSOL Multiphysics仿真分析了芯片內(nèi)部電場和流場的分布，并通過仿真不同尺寸結(jié)構(gòu)對電場和流場的影響，得出了最佳的結(jié)構(gòu)尺寸

4、。
　　再次，根據(jù)微流控芯片選材原則，選定了各部分的加工材料與工藝，并根據(jù)加工方案，采用光刻法制作了上下層ITO微電極及SU-8微墻陣列，使用旋涂法制作了PDMS流體通道與導管接頭，最后使用氧等離子鍵合技術對芯片進行了封裝。
　　最后，搭建了微流控芯片實驗測試平臺，制作了用于連接芯片與外部信號源的PCB轉(zhuǎn)接板。培養(yǎng)人類急性髓細胞性白血病細胞(OCI-AML3)，并用叉指電極優(yōu)化使OCI細胞發(fā)生介電泳行為的頻率與幅值后，通過熒