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基于光诱导介电泳的细胞操纵研究

基于光诱导介电泳的细胞操纵研究

作者：许杭史深圳大学

学位级别：硕士

细胞操纵技术被广泛用于生物细胞分析和检测,随着疾病的诊断和治疗越来越多地转向分子水平,了解细胞的发育途径变得越来越重要。细胞相关疾病的诊断需要检测、分离和分析单个细胞,而不考虑它们在组织中的相对含量,因此细胞的操纵就显得... 详细信息

细胞操纵技术被广泛用于生物细胞分析和检测,随着疾病的诊断和治疗越来越多地转向分子水平,了解细胞的发育途径变得越来越重要。细胞相关疾病的诊断需要检测、分离和分析单个细胞,而不考虑它们在组织中的相对含量,因此细胞的操纵就显得十分关键。细胞操纵是通过将微生物个体划分成更小的群体,以及在混杂着不同细胞群体的样品内将目标细胞进行分离提纯,该技术有效地提高了在单细胞基础上的分析能力,这也使得细胞操纵技术在生物医疗研究中占有重要地位。近年来,光诱导介电泳细胞操纵技术受到越来越多科研人员的重视,在微流控技术、生物医学、微纳材料、生物检测等领域上都有广泛的应用。相对于传统的细胞操纵技术,光诱导介电泳机制的优点是可以通过灵活控制光学图案来充当虚拟电极,从而轻松快速地更改或制定新的电极布局模式,获取可随意定制的光图案区域来进行微粒操纵。这项技术具备有实时重构、无标记、高通量、高效率和大范围的操纵优点,为生物领域的研究提供有效的操纵工具。在此背景下,本论文设计和搭建了基于数字微镜器件(Digital micro-mirror device,DMD)的光诱导介电泳细胞操纵系统,通过DMD加载光图案(Pattern)来调制激光光斑,用作虚拟电极的直写,这能够获得任意位置的光图案照射,同时也能获得多样结构的非均匀电场。相对于传统的光诱导介电泳细胞操纵系统,利用DMD的光诱导介电泳细胞操纵系统具有更高的光图案分辨率和光功率。本显微成像系统的空间分辨率可达630 nm,提供较好的细胞成像效果,确保细胞活性成像分析。首先我们通过COMSOL软件对聚苯乙烯微球进行了图案化聚集的模拟仿真,为实验提供先行条件。并利用聚苯乙烯微球作为操纵样品进行实验,成功实现了聚苯乙烯微球的图案化聚集操纵,验证了本系统操纵微粒的可行性。随后,我们对小胶质细胞进行了活细胞和死细胞的分选操纵,通过照射长条方块光图案在视野范围内,利用活细胞和死细胞介电常数的差异,实现了两者的分选操纵。以上两个操纵实验,验证了本系统具备高的灵活性、实时性和可靠性。最后我们研究了系统的光电参数对细胞生物特性的影响:实验验证了高功率和短波长的激光对微粒和细胞操纵的驱动效果更好,得出驱动效果与光导层的吸收光谱效率有着很大的关系;同时实验验证了电压越大,系统对微粒和细胞驱动力越大,驱动BV2细胞的有效电频率范围为100Hz-100k Hz、150k Hz-700k Hz、800k Hz–5MHz,而适用于BV2活死细胞的筛选分离操纵电频率范围为100Hz-390k Hz。

关键词：光诱导介电泳细胞操纵分选微流控细胞生理机能

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基于双探针纳米机器人的细胞操纵技术研究

基于双探针纳米机器人的细胞操纵技术研究

作者：张宏业长春理工大学

学位级别：硕士

1985年,Gerd Binnig等人第一次向世人推出了原子力显微镜(AFM),从此之后,原子力显微镜成为纳米科学领域的重要工具。时至今日,人们将纳米科学与生物医学相结合,将原子力显微镜应用于生物医学领域作为研究工具,推动了生物医学的发展,原... 详细信息

1985年,Gerd Binnig等人第一次向世人推出了原子力显微镜(AFM),从此之后,原子力显微镜成为纳米科学领域的重要工具。时至今日,人们将纳米科学与生物医学相结合,将原子力显微镜应用于生物医学领域作为研究工具,推动了生物医学的发展,原子力显微镜可以分别在气相和液相下对生物活细胞进行精确的检测和操作,在生物医学中为细胞研究提供了有效的方法。本文基于对细胞力学特性的研究,探讨了用AFM原理对细胞膜进行破坏的新方法。在AFM原理的基础上完成了双探针纳米机器人相关程序的二次开发,对细胞的操纵以及数据处理工作。双探针纳米机器人系统自身配备了两个能够独立工作的探针,形成了能够对细胞进行夹取操作的“纳米镊子”,并且可以将细胞放置于液相下对其进行操纵。由于双探针纳米机器人系统有着精确测量样品的能力,纳米镊子测力精度能达到纳牛级别,与其它破坏细胞膜的方法相比,本系统能够直接对细胞膜进行精确的机械性拉扯,并且不需要通过化学与生物方法来破碎细胞的细胞膜,有效地提高了破碎细胞膜的工作效率。

关键词：双探针细胞操纵机器人机械拉扯

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面向细胞操纵的表面波低能量声镊

面向细胞操纵的表面波低能量声镊

2018年全国声学大会

作者：李立强贾坤武二永邓双杨克己浙江大学机械工程学院流体动力与机电系统国家重点实验室西安交通大学航空航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室

＜正＞0引言基于声表面波（SAW）的声镊技术因其高能效、小型化等优点,不断应用于细胞分选[1]、细胞排布[2,3]、细胞三维培养[4]等研究方向。为保证多种细胞在SAW作用下都能保持活性,我们需要在满足操纵效果的基础上尽可能减少声场热效... 详细信息

＜正＞0引言基于声表面波（SAW）的声镊技术因其高能效、小型化等优点,不断应用于细胞分选[1]、细胞排布[2,3]、细胞三维培养[4]等研究方向。为保证多种细胞在SAW作用下都能保持活性,我们需要在满足操纵效果的基础上尽可能减少声场热效应对细胞的损伤。然而当前大部分基于SAW的细胞操纵采用连续正弦波激励,表面波声操纵中的热效应的相关问题少

关键词：细胞操纵表面波低能量声镊短脉冲调制

来源： cnki会议评论

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实时彩色监控细胞操纵仪

激光生物学报 1994年第1期 432-432页

实时彩色监控细胞操纵仪尖端的激光技术，辅以实时彩色监控和计算机控制系统，是您科研的最佳帮手。对微小物体的操作不再是件难事在微观生物工程技术领域，对生物体细胞的加工和操作必不可少，以往主要使用手工操作玻璃微量吸管，此法... 详细信息

实时彩色监控细胞操纵仪尖端的激光技术，辅以实时彩色监控和计算机控制系统，是您科研的最佳帮手。对微小物体的操作不再是件难事在微观生物工程技术领域，对生物体细胞的加工和操作必不可少，以往主要使用手工操作玻璃微量吸管，此法存在需要熟练技术和缺乏再现性等问题...

关键词：细胞操纵计算机控制系统微量吸管

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微流控芯片在细胞分析中的应用

细胞生物学杂志 2008年第6期30卷 721-726页

作者：杨秀娟李想童艳丽李偶连刘翠陈缵光中山大学药学院广州510006

细胞是生物体和生命活动的基本单位,细胞分析对于细胞结构和功能的研究、生命活动规律和本质的探索、疾病的诊断与治疗、药物的筛选与设计等都具有十分重要的意义。自微流控芯片面世以来,以其微型化、集成化、自动化和便携化等优势越来... 详细信息

细胞是生物体和生命活动的基本单位,细胞分析对于细胞结构和功能的研究、生命活动规律和本质的探索、疾病的诊断与治疗、药物的筛选与设计等都具有十分重要的意义。自微流控芯片面世以来,以其微型化、集成化、自动化和便携化等优势越来越多地应用在细胞分析领域。现就微流控芯片在细胞操纵、细胞培养和细胞内组分分析三个方面上的应用进行综述。

关键词：微流控芯片细胞操纵细胞培养细胞内组分分析

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基于导线阵列的微电磁力驱动细胞运动的研究

微纳电子技术 2007年第3期44卷 146-149页

作者：洪小雅钟辉席文明厦门大学物理与机电学院福建厦门361005

在硅片上制作多层交叉网格导线。当给导线通上适当电流并控制通电导线的电流方向,在相应的导线交叉网格区域会产生一个微电磁场,对磁场中的微磁粒子产生吸引力。如果把细胞和这些磁粒子结合在一起,就可以利用该微电磁场对细胞进行定位... 详细信息

在硅片上制作多层交叉网格导线。当给导线通上适当电流并控制通电导线的电流方向,在相应的导线交叉网格区域会产生一个微电磁场,对磁场中的微磁粒子产生吸引力。如果把细胞和这些磁粒子结合在一起,就可以利用该微电磁场对细胞进行定位。改变不同导线的通电时序形成运动的微电磁场,进而可以控制微磁粒子的运动,也就控制了细胞的运动。仿真结果证明,采用导线阵列产生的运动微电磁场,可以对细胞进行精确定位和运动控制。

关键词：导线阵列磁粒子微电磁场细胞操纵

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导线阵列驱动微磁粒子运动及发热量仿真

磁性材料及器件 2007年第4期38卷 41-43,58页

作者：洪小雅席文明厦门大学物理与机电学院福建厦门361005

磁粒子根据所包裹的外层物质,可以与细胞产生选择性黏附,该特性可用于细胞分离、分选、药物运输等。基于载流导线阵列对磁性粒子的微电磁力作用,当磁粒子和细胞联结在一起时,便可对细胞进行定位和运动控制。改变不同导线的通电时序,就... 详细信息

磁粒子根据所包裹的外层物质,可以与细胞产生选择性黏附,该特性可用于细胞分离、分选、药物运输等。基于载流导线阵列对磁性粒子的微电磁力作用,当磁粒子和细胞联结在一起时,便可对细胞进行定位和运动控制。改变不同导线的通电时序,就可以形成运动的微电磁场,从而控制微磁粒子运动,也就控制了细胞的运动。仿真结果证明,采用导线阵列产生的运动微电磁场,可以对细胞进行精确定位和运动控制。同时,也对导线发热量进行了仿真,结果表明,在驱动磁粒子运动时,导线的发热量在允许的范围内。

关键词：导线阵列微电磁场磁粒子细胞操纵