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微流控芯片上基于细胞捕获及可控释放的单细胞分选

微流控芯片上基于细胞捕获及可控释放的单细胞分选

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作者：吕丹重庆大学

学位级别：硕士

细胞分选在临床诊断、疾病治疗及生物学分析等方面具有重要作用。基于微流控芯片的细胞分选有着分选速度快、准确率高、样本消耗低等优势,目前已经成为细胞分选的重要手段。由于传统的细胞分选手段在支撑细胞异质化研究等领域存在一定... 详细信息

细胞分选在临床诊断、疾病治疗及生物学分析等方面具有重要作用。基于微流控芯片的细胞分选有着分选速度快、准确率高、样本消耗低等优势,目前已经成为细胞分选的重要手段。由于传统的细胞分选手段在支撑细胞异质化研究等领域存在一定的限制,本论文提出和发展了基于微流控芯片的单细胞精确捕获+负向介电电泳控制下细胞释放的单细胞分选技术策略和微流控装置。论文借助理论分析和模拟仿真方法,探讨了捕获陷阱/微电极对等结构参数、流体控制参数和激励信号参数对粒子受力情况、粒子在流场/电场耦合效应下运动轨迹的影响。基于模拟仿真分析结果,优化了微流控结构,制定了材料和加工工艺方案,完成了单细胞分选微流控芯片装置制备。在该装置上,集成了阵列化捕获陷阱结构,可基于流体动力阻力进行单个微球或细胞的捕获;并借助所集成的与单细胞捕获陷阱对应的阵列化微电极结构,加载交流信号诱导负向介电电泳效应,实现目标微球或细胞的可控释放,及实现精细化分选操作目标。利用以单细胞分选微流控芯片为核心的细胞分选平台,分别以微球和细胞为样本,详细分析了激励信号频率、幅值,悬浮介质等参数对单个粒子(微球或细胞)捕获和释放的影响。其研究结果显示微球和细胞能够在合适的进样条件下实现高效单个粒子捕获,并能够在激励信号诱导的足够强度负向介电电泳力驱动下,从捕获陷阱中释放实现分选目的。在微球分选实验中,本论文所建立的微流控芯片装置及分选方法能够基于微球性状差异进行复杂样本体系的精确分选;单个微球捕获效率、分选准确率分别为90.8±1.0%(可通过电操作进一步提高至95.6±0.4%)、96.4±1.1%;在细胞分选实验中,单细胞捕获率、分选准确率也达到了91.3±1.0%、93.7±1.3%的良好水平。这一结果充分证明了本论文提出的单细胞分选方法的可行性和有效性,实现了预定目标,为后续研究工作奠定了坚实基础。

关键词：细胞分选负向介电电泳流体动力微电极单细胞捕获

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