细胞激光筛选在微流控芯片上的应用研究

摘要

早在二十世纪中后期，医学和生物学的研究者们就已经开始了对细胞筛选领域的探索，其中分离不同类型的细胞是对各种疾病进行预测与诊疗的关键。但由于目前的细胞筛选方法普遍存在设备昂贵、细胞存活率低、筛选效果差以及需要对细胞进行特异性标记等缺点，无法满足科研工作者的需求。因此本课题开展了将微流控芯片技术与细胞激光驱动技术相结合的实验研究，提出一种具有高效、无接触、无损伤等优势的新型细胞筛选方法。 首先本文分析并选取了芯片上细胞进样方式即水力聚焦，并应用流体仿真软件COMSOL对微通道内的水力聚焦效应行为进行了仿真。仿真中通过调节进液口的驱动压力以改变聚焦宽度进而在微通道中获得单细胞束。文章同时对细胞受到的光学作用力进行了分析，研究了细胞受力模型，为细胞的激光驱动提供了理论支撑。 其次本文围绕聚二甲基硅氧烷（简称PDMS）这种高聚合物材料展开了微流控芯片制作方法探究。研究内容主要包括：微流控芯片制作材料分析与选取；依据实验所需对芯片掩膜进行设计；研究匀胶、光刻、显影、阳模成形等芯片制作工艺；以及利用氧等离子键合工艺实现亲水性处理与芯片键合。 最后本文对实验所需的系统平台进行了选择与搭建，进而在此系统平台基础上对微流控芯片制作效果进行了分析；根据仿真结果进行了微流聚焦芯片的结构设计与优化，通过微注射泵对液体流速进行控制，在样液通道10μL/min，两侧鞘液通道60μL/min的进液速度下实现了45°通道结构下直径8μm左右水力聚焦宽度的获得；此外还通过实验探索了波长为980nm的激光在静止液体中能够实现细胞驱动的最小功率50mW，实验结果表明激光功率与驱动距离呈一定的正相关性。 综合上述研究，本文设计了基于微流控芯片的细胞激光筛选实验系统。该系统建立在微流控芯片基础上，综合应用水力聚焦、光纤激光及各种检测手段，应用前景广阔并且可行性高，尤其对生物医学领域的发展具有重要意义。

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