用于检测细胞电阻的PDMS微流控芯片的研制

摘要

随着微加工技术的不断提高，微流控芯片因其显著提高系统一致性、降低成本和样品耗量等日益受到学术界和产业界的关注和重视。用微流控芯片技术对生物细胞的研究也随之深入。而聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)作为微流控芯片的重要制作材料凭借低廉的价格，简易的制作方法及无毒等特性在生物、医疗等方面呈现出广阔的应用前景。
　　 本课题基于国家“863”项目：《高通量细胞电融合微系统》及国家自然科学基金项目：《基于微电极阵列的高效细胞电融合方法研究》，研制的芯片主要用于区分融合细胞与非融合细胞。鉴于融合后细胞体积大于未融合细胞，并且PDMS的无毒等特点运用PDMS作为主要材料制作了微流控芯片，运用Coulter原理检测细胞电阻来鉴别融合细胞。
　　 本文在芯片沟道构型方面虽然借鉴了常用的十字型，但是通过仿真发现其在形成聚焦流时存在形态不稳定等缺点而进行了改进，建立了样品沟道与鞘流沟道不同长度比例、不同夹角的模型并进行了聚焦流形态仿真，运用SPSS软件对影响聚焦流形态的多个外界因素进行了回归分析并建立了模型，这为根据实际细胞大小决定制作的样品流沟道与鞘流沟道长度分别为1～3cm不等，夹角为45°等条件设置提供了依据。
　　 运用PCB作为材料制作了阳板及阴板，由此制作了PDMS-PDMS，PDMS-玻璃及PCB-PDMS三种芯片。在芯片制作工艺方面，对于现有报道的预聚体与交联剂配比比例及固化温度进行了实验研究，并讨论了不同表面改性方法及不同封接方法的结果，建立了较科学的制作芯片的流程。
　　 在试验方面，对比了实际聚焦流形态与仿真结果，二者结果具有较好的一致性。用标准微粒(50μm)及小鼠成骨细胞(MC-3T3-Z1)进行了聚焦流排队实验，分别用小鼠成骨细胞及人胚肾上皮细胞(HEK-293)细胞进行了电阻检测试验。结果显示检测电阻变化值的大小与细胞的大小具有正相关性。
　　 本文制作的微流控芯片具有价格低、工序简单等特点，通过控制芯片的沟道构型及外部压力可以用于不同细胞的电阻检测。此芯片可以用于鉴别细胞大小，并可为后续靶细胞的捕捉提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题立题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1微流控芯片的材料分类及特点

1.2.2微流控芯片的加工方法

1.2.3微流控芯片的应用

1.3本文研究目标及主要内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3论文章节安排

2相关技术理论及方法

2.1 PDMS芯片

2.1.1材料结构及性能简介

2.1.2 PDMS成型方法

2.1.3 PDMS表面处理方法

2.1.4 PDMS芯片的封接方法

2.1.5微流控芯片检测技术

2.1.6 PDMS微流控芯片

2.2微流控芯片中流体特性及鞘流技术

2.2.1流体特性简介

2.2.2鞘流技术( Sheath Flow Technology)

2.3计算流体力学技术

2.3.1流体动力学控制方程

2.3.2采用CFD的方法对流体流动进行数值模拟

2.4小结

3流体仿真及回归分析

3.1使用软件介绍

3.1.1 GAMBIT

3.1.2 Fluent

3.1.3 SPSS统计软件

3.2参数设置及结果

3.2.1流场数值计算的主要方法

3.2.2参数设置规则

3.2.3参数设置及仿真结果

3.2.4模型改进

3.2.5 SPSS分析影响聚焦流宽度的因素

3.3小结

4模板制作

4.1硅模板

4.1.1 AutoCAD制图

4.1.2制作仪器与过程

4.1.3模板实物及试验存在问题

4.2柔性电路板

4.2.1柔性电路板简介

4.2.2 Protel-DXP制图

4.2.3制作仪器与过程

4.2.4模板实物及试验存在问题

4.3 PCB模板

4.4小结

5 PDMS芯片制作与试验

5.1清洗

5.1.1模板清洗

5.1.2载玻片清洗

5.2 PDMS性能测定试验

5.2.1固化

5.2.2表面处理

5.2.3封接

5.3芯片制作

5.4鞘流形态对比试验

5.5电阻检测试验

5.6结果分析

5.7小结

6结论与展望

6.1本研究取得的进展

6.2后续工作

致 谢

参考文献

附 录