用于细胞分选及捕获的微流控芯片研制

作     者：仲小祥 

作者单位：南通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张华丽

授予年度：2021年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

主      题：微流控芯片 光纤光镊 细胞分选 单细胞捕获 原生质体 

摘      要：微流控芯片因其高通量、反应迅速、试剂消耗低的特点广泛应用于生物医学、细胞检测学、高分子量蛋白质检测等研究领域,是目前较新型、全面的综合检测分析手段。实现细胞分选和单细胞捕获是细胞学分析、生物学研究、临床诊断等领域研究的重要要求,微流控芯片满足了细胞分选、捕获的高效率、高精度要求,是实现细胞分选、单细胞捕获的理想手段。根据激光的电磁理论,结合粒子在光场中的几何光学模型,提出了嵌入式光纤微流控细胞分选芯片的设计方案;利用COMSOL Multiphysics仿真软件模拟激光光纤作用下细胞在微通道中的运动情况,研究光辐射压力及细胞尺寸对细胞运动轨迹的影响,得出光辐射压力对不同尺寸细胞的作用机制,设计出可高效分选细胞的嵌入式光纤微流控芯片。为了操纵细胞在微通道内的运动,利用微通道中的鞘流技术,通过改变鞘流通道的流量和流速控制聚焦宽度,实现细胞成列通过微流控芯片通道,并实现不同尺寸细胞的聚焦;采用软光刻技术及模塑法制备微流控芯片,在1064nm波长、100m W功率激光光纤作用下,实现了聚苯乙烯微球的偏转,分选效率达到85%。为了实现细胞分选后的原生质体单细胞捕获分析,研制了腔室结构微流控芯片。建立芯片结构的数学模型,通过细胞捕获过程的仿真分析,确定芯片的内部结构尺寸;搭建微流控实验系统,进行聚苯乙烯微球及原生质体细胞的捕获实验,通过计算机显微拍摄计算得到其捕获效率平均为60%,证明利用腔室结构芯片实现单细胞捕获的可行性。研制的腔室结构微流控芯片具有大幅度减少试剂消耗、捕获速度快的特点,能够适用于30μm～60μm直径单细胞的捕获,并且可用于烟叶原生质体的细胞壁再生研究。