【摘要】:細(xì)胞是生物及生命活動(dòng)的基本單位,利用微流控芯片技術(shù)來(lái)操縱和研究細(xì)胞,通過(guò)研究單細(xì)胞可以看出細(xì)胞異質(zhì)性對(duì)機(jī)體功能和狀態(tài)的影響,研究不同單細(xì)胞的病理特征,對(duì)分析細(xì)胞代謝、細(xì)胞紊亂等細(xì)胞活動(dòng)具有非常重要的意義。細(xì)胞分離和單細(xì)胞捕獲作為研究單細(xì)胞的重要手段,其在生命科學(xué)和化學(xué)分析等領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。


本研究結(jié)合了介電泳原理非侵入、免標(biāo)記和流體動(dòng)力學(xué)原理低成本的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)并制作了集成單細(xì)胞捕獲的介電泳連續(xù)分離微流控芯片,并利用細(xì)胞受到的不同大小或方向的介電泳力而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分離,利用微捕獲結(jié)構(gòu)來(lái)捕獲單細(xì)胞,通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)微流控芯片上集成細(xì)胞分離和單細(xì)胞捕獲兩種功能,本研究主要內(nèi)容如下:


首先,介紹了介電泳原理和流體動(dòng)力學(xué)原理,根據(jù)粒子的偶極矩公式推導(dǎo)出了介電泳力的公式,分析粒子結(jié)構(gòu)并建立等效細(xì)胞的多層球殼模型,確定了微流體中的粒子受到的主要作用力,用MATLAB仿真軟件進(jìn)行介電頻率響應(yīng)仿真,得到了酵母菌細(xì)胞、聚苯乙烯小球、THP-1細(xì)胞和OCI細(xì)胞的Re[K(ω)]曲線。通過(guò)理論分析,設(shè)計(jì)了細(xì)胞分離的微電極和單細(xì)胞捕獲結(jié)構(gòu),利用輔助軟件AutoCAD、Solidworks建立微流控芯片的模型,導(dǎo)入COMSOL仿真軟件,來(lái)研究分析微流控芯片的內(nèi)部電場(chǎng)和流場(chǎng)分布。


其次,根據(jù)微流控芯片的結(jié)構(gòu)和功能,選用濕法腐蝕ITO和濺射金屬鉑來(lái)制作微電極,以硅片為基底用SU8負(fù)膠光刻制作微通道和捕獲結(jié)構(gòu)的模具,再用PDMS來(lái)制作微通道和捕獲結(jié)構(gòu),之后用過(guò)氧等離子鍵合技術(shù)對(duì)微流控芯片進(jìn)行鍵合,來(lái)完成芯片的制作。


最后,搭建了用微流控芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的測(cè)試平臺(tái)。先用ITO微電極微流控芯片分離酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球;培養(yǎng)兩種直徑相近的人類(lèi)白血病細(xì)胞(OCI-AML3細(xì)胞和THP-1細(xì)胞),通過(guò)熒光染色分別處理OCI細(xì)胞和THP-1細(xì)胞,用鉑微電極微流控芯片進(jìn)行細(xì)胞分離實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了OCI細(xì)胞與THP-1細(xì)胞的連續(xù)分離,并對(duì)THP-1細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞捕獲,細(xì)胞純化率在94%以上,單細(xì)胞捕獲效率大于94%。