一种可生成稳定生化梯度的新型十字微通道的制作及评价

摘要

细胞迁移、趋化在胚胎发育、组织修复、肿瘤发生等生理、病理过程中起着重要作用。细胞与其微环境在多种理化参数下相互作用引起了趋化、迁移的发生。近年来，细胞与其微环境之间相互作用的研究日益成为细胞生物学领域中的研究热点和难点。
　　细胞与胞外微环境的一些可溶性因子交互作用，可以控制细胞的增殖、运动和分化能力。这些可溶因子在胞外基质中的分布并非均匀不变，其生化分子浓度及分布梯度随时空改变而改变。如何更好的模拟在体微环境中包括浓度梯度和压力梯度在内的可溶因子不均匀分布，成为研究多种生理、病理发生机理的关键前提条件。传统研究使用的模型，如Transwell小室、Boyden小室和琼脂糖平板等只能提供一种静态的、二维的细胞生长环境，不能产生时空可调的、较为精确的生化因子梯度，因此其所提供微环境与细胞真实在体的生长环境相差很大。从而导致许多模拟结果常常与在体情况不相一致。二十多年来，基于聚二甲基硅氧烷的微流控技术的梯度产生方法迅速发展起来，不但能产生稳定可控的可溶因子梯度，并能长时期地维持其梯度并保持不变。但微芯片制作多用光刻法，制作工艺复杂、成本昂贵、制作周期长，不便于实验的及时开展。
　　本文在“生物流变科学与技术”教育部重点实验室相关微流控芯片制作的研究基础上，提出了一种新型十字微通道的设计制作方法。通过在PDMS液中包埋微丝，待PDMS固化后，再抽去微丝，从而构成适于培养细胞并开展相关实验的微通道芯片。在数值仿真软件COMSOL Multiphysics 3.5a中分别对浓度梯度和压力梯度进行定性模拟。在该方法制作而成的高的微通道中，可生成较恒定的持续120小时以上的浓度梯度和压力梯度。结果表明微芯片中所形成的生化因子梯度是持续、稳定的。最后将该通道应用于血管内皮细胞的迁移试验，观察通道中形成的血管内皮生长因子浓度梯度对细胞的趋化诱导作用。与无浓度梯度的对照组相比，诱导6小时后，通道中均匀分布的细胞向着浓度梯度高的方向迁移。
　　本文初步证明使用倒模抽丝法制作的PDMS微流控装置能够产生稳定的浓度梯度和压力梯度。在该通道中，能够形成稳定的生化因子浓度梯度并诱导细胞趋化、迁移。由于本方法具有廉价、简单、有效的特点，可以继续开发完善成三维细胞培养，检测细胞趋化、迁移的预实验装置。

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英文缩略词对照表

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的目的和研究内容

2 十字通道微流控芯片的构建和梯度表征

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 浓度梯度和压力梯度的COMSOL定性模拟

2.4 十字通道的制作过程

2.5 结果与讨论

2.6 讨论

2.7 本章小结

3 内皮细胞在VEGF下的趋化和迁移

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 全文主要结论与后续工作展望

4.1 主要结论

4.2 后续工作建议

致谢

参考文献

附 录