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基于微流控技术的反向灭杀式细胞分选芯片装置的研制

基于微流控技术的反向灭杀式细胞分选芯片装置的研制

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作者：曹文玥重庆大学

学位级别：硕士

细胞分选技术对细胞生物学及相关领域科学研究和实际应用均具有重要意义。基于微流控芯片的细胞分选技术,较传统细胞分选技术而言,表现出成本低、灵敏度高、操控精细化等优势。需要注意的是,目前大多数微流控芯片上细胞分选技术多侧重... 详细信息

细胞分选技术对细胞生物学及相关领域科学研究和实际应用均具有重要意义。基于微流控芯片的细胞分选技术,较传统细胞分选技术而言,表现出成本低、灵敏度高、操控精细化等优势。需要注意的是,目前大多数微流控芯片上细胞分选技术多侧重于对某类特定细胞的分选操作,对具有相同性质属性的群体细胞中特定单细胞精细化分选的能力普遍较低,这导致现有的微流控分选方法及系统普适性不高,应用领域受到一定限制。本论文以发展一种可实现单细胞分选操控的微流控芯片装置为目标,通过在微流控芯片上集成单细胞捕获结构,首次尝试以寻址式方式诱导非目标细胞在电信号作用下发生凋亡,完成高效细胞分选。论文设计了由PDMS流动层和微电极阵列层组成微流控芯片,PDMS流动层上设计了阵列化单细胞捕获腔,对单细胞捕获腔结构的流动参数和电场分布进行了分析,通过实验探究得到了单细胞捕获单元能够获得较好的流体压差（Q1/Q2≈1.54）,从而获得高单细胞捕获率。通过结构优化,在微流控芯片上集成了3组单细胞捕获腔阵列,每组单细胞捕获腔阵列内有2条独立的微通道,每条微通道内30个单细胞捕获腔微结构（即每组内60个单细胞捕获腔微结构）。与之对应的是,每组设置1个公共电极和60个独立寻址式操作微电极,形成“1公共极+N独立控制极”的微电极阵列结构模式,降低了微电极阵列布设难度,两者协同完成单细胞捕获和非目标的灭杀操作。本文搭建了反向灭杀式细胞分选微流控芯片和寻址式细胞分选控制器集成的细胞分选实验平台,开展了实验验证:（1）论文对微流控芯片出口负压驱动条件进行了优化,获得了适宜于寻址式反向灭杀式细胞分选微流控芯片的压力值（-1.5psi）,并在该负压驱动下获得了95.74%±0.69%的单细胞捕获率,为后续的精确细胞分选奠定了良好基础。（2）论文探讨了非目标细胞的可控灭杀方法,确定了K562细胞样本的灭杀信号13V～16V（等渗）、6V～9V（低渗）参数,可诱导K562细胞实现稳定、安全、准确的选择性灭杀,且不会因相邻捕获腔的信号串扰造成误操作,达到精确细胞分选的预定目标。

关键词：细胞分选电灭杀单细胞捕获寻址式微电极

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