生物細(xì)胞介電電泳運(yùn)動控制機(jī)理及細(xì)胞排列生物芯片的研究.pdf

1、細(xì)胞操作技術(shù)對細(xì)胞的研究起到了重要的推動作用，介電電泳具有非接觸、易控制優(yōu)點(diǎn)，為細(xì)胞研究提供了一種無損操作方法。本文以介電電泳技術(shù)和微流控芯片為基礎(chǔ)，分析了生物細(xì)胞介電電泳運(yùn)動控制機(jī)理，設(shè)計了細(xì)胞陣列化排列生物芯片，并在實驗上實現(xiàn)了細(xì)胞陣列化排列，對細(xì)胞的高通量檢測和細(xì)胞間相互作用的研究具有一定的理論意義和應(yīng)用價值。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，對介電電泳的基本理論和細(xì)胞的介電電泳運(yùn)動控制機(jī)理進(jìn)行了分析。分析推導(dǎo)了交流電場中粒

2、子的介電電泳力的公式，并研究了電場頻率、溶液的電導(dǎo)率和介電常數(shù)對介電電泳的影響；然后根據(jù)細(xì)胞的特點(diǎn)，分析了多層式結(jié)構(gòu)球體的介電電泳響應(yīng)；最后分析了流體中的粒子受力情況，為細(xì)胞的介電電泳運(yùn)動控制奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)介電電泳的原理，設(shè)計了細(xì)胞排列介電電泳芯片的整體結(jié)構(gòu)，芯片為三層結(jié)構(gòu)，頂部和底部均為電極層，中間為微通道。采用COMSOL Mutiphysics仿真分析了芯片中的電勢、電場強(qiáng)度及介電電泳的分布，并優(yōu)化了芯片的

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定了電極的寬度為20μm，間距為40μm，頂部和底部電極的間距為50μm。
　　結(jié)合微流控芯片的特點(diǎn)，加工與封裝介電電泳細(xì)胞排列芯片。介紹了ITO電極和PDMS通道的加工工藝過程，最后給出介電電泳細(xì)胞排列芯片的封裝方法。
　　再次，結(jié)合介電電泳芯片的特殊需求，搭建了介電電泳實驗系統(tǒng)；然后對酵母菌細(xì)胞進(jìn)行了正、負(fù)介電電泳操控實驗，并討論了交流電壓的幅值、頻率以及溶液電導(dǎo)率等因素對酵母菌細(xì)胞介電電泳的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，