用于單細(xì)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(shù)已覆蓋化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等眾多領(lǐng)域，成為一個(gè)重要的交叉學(xué)科。它在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，比如即時(shí)檢測、材料的篩選及合成以及細(xì)胞分析等。微流控技術(shù)滿足了生命科學(xué)對細(xì)胞等生物樣品進(jìn)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(xì)胞和其他微生物實(shí)體的大小相稱，更有利于對少量細(xì)胞甚至是單個(gè)細(xì)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(xì)胞捕獲及培養(yǎng)的方法進(jìn)行了總結(jié)，針對現(xiàn)有問題提出了本課題微流控細(xì)胞捕獲陣列。依據(jù)哈根-泊肅葉定律對芯片基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了溝道網(wǎng)絡(luò)的流阻模型。通過在MATLAB中的建模，計(jì)算出設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中用于單細(xì)胞捕獲的壓強(qiáng)差的大小，從而對芯片的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上本課題主要設(shè)計(jì)和制作了一種具有96個(gè)細(xì)胞陷阱的微流控芯片。96個(gè)細(xì)胞陷阱按陣列的形式排布(16行6列)。主流體通道和側(cè)流體通道之間的狹縫形成了各個(gè)陷阱。通過穿過狹縫的

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

4、暴露在不同細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)中進(jìn)行細(xì)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(jié)構(gòu)。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(luò)，最終使用載玻片密封溝道完成芯片的加工。為了驗(yàn)證芯片功能，設(shè)計(jì)和進(jìn)行了如下三個(gè)實(shí)驗(yàn):（一）通過染料溶液驗(yàn)證使用層流效應(yīng)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