流體增強(qiáng)介電泳單細(xì)胞排列與控制芯片的研究.pdf

1、單細(xì)胞分辨率下細(xì)胞生物化學(xué)、物理特性的研究與表征，能夠有效揭示個(gè)體細(xì)胞在結(jié)構(gòu)功能與狀態(tài)上的差異性，對(duì)理解不同細(xì)胞新陳代謝、細(xì)胞性疾病的病理特征、細(xì)胞間的相互作用、細(xì)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(xì)胞的重要手段，基于微流控芯片的單細(xì)胞排列與控制技術(shù)受到了愈來(lái)愈多的關(guān)注，然而目前大多數(shù)的單細(xì)胞排列與控制技術(shù)不僅成本高昂、而且效率很低，嚴(yán)重影響了單細(xì)胞排列與控制技術(shù)的推廣與應(yīng)用。本文結(jié)合介電泳的非侵入、免標(biāo)記、易控制與

2、流體動(dòng)力學(xué)的高效率、低成本，通過(guò)仿真優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，設(shè)計(jì)制作了三明治式流體增強(qiáng)介電泳單細(xì)胞排列與控制芯片，實(shí)現(xiàn)了高通量陣列化的單細(xì)胞排列與控制，主要內(nèi)容如下:
　　首先，對(duì)介電泳、絕緣介電泳和流體動(dòng)力學(xué)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(duì)空間非均勻電場(chǎng)分布的影響及微墻對(duì)層流的影響;然后建立了等效細(xì)胞多層球殼模型，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行受力分析得到流體增強(qiáng)介電泳捕獲與釋放細(xì)胞的原理;最后對(duì)OCI細(xì)胞的頻響

3、特性進(jìn)行計(jì)算得出了不同電導(dǎo)率、不同介電常數(shù)溶液對(duì)細(xì)胞介電響應(yīng)的影響，為單細(xì)胞排列與控制奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)介電泳與流體動(dòng)力學(xué)的基本理論，利用計(jì)算機(jī)輔助軟件AutoCAD、Solidworks建立了三明治式流體增強(qiáng)介電泳單細(xì)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(chǎng)和流場(chǎng)的分布，并通過(guò)仿真不同尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)電場(chǎng)和流場(chǎng)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(dǎo)管接頭，最后使用氧等離子鍵合技術(shù)對(duì)芯片進(jìn)行了封裝。
　　最后，搭建了微流控芯片實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，制作了用于連接芯片與外部信號(hào)源的PCB轉(zhuǎn)接板。培養(yǎng)人類急性髓細(xì)胞性白血病細(xì)胞(OCI-AML3)，并用叉指電極優(yōu)化使OCI細(xì)胞發(fā)生介電泳行為的頻率與幅值后，通過(guò)熒