基于数字微流控芯片上细胞阻抗测量和微液滴操控研究

摘要

近些年微流控技术作为一个新兴的多学科交叉领域，在生命科学细胞检测、电化学测量、微电子集成电路搭建等领域有巨大的潜力。本文针对基于介电润湿原理的数字微液滴操控技术和细胞阻抗测量技术，实现了集微液滴输运和电化学阻抗测量等功能的微流控芯片设计，搭建了数字微流控系统，实现了芯片的集成化、微型化和便携化的目标。主要包括以下几个方面：
　　首先，基于细胞阻抗测量技术分析，设计了一种用于双电极体系阻抗测量的叉指阵列微电极，提高了细胞阻抗测量的反应物扩散速率和灵敏度，实现了在微电极上的细胞2D培养和细胞阻抗微型化测量。分析了阻抗谱测量中电极尺寸和材料不同对阻抗谱测量的影响，并进行仿真，提出了一种贴壁细胞层的等效电路模型，并对等效电路元件进行了分析解释，细胞层存在细胞质电阻和细胞膜电容。
　　其次，确定介电润湿法对数字微液滴的操控。对介电润湿效应、驱动电极结构、介质层材料和厚度、疏水层材料和厚度对数字微流控系统电势分布的影响进行了分析。完成了数字微流控系统电极模块制备，包括：阻抗测量电极、驱动电极、介电层、疏水层的选取和制备。
　　最后，搭建了数字微流控芯片系统的测试平台，和数字微液滴驱动电路设计和制备，完成了40V电压对0.5μL微液滴的输运，对MDCK细胞、HUVEC细胞和Hep G2细胞进行了阻抗谱的静态测量和动态测量，分析阻抗谱Nyquist图和Bode图、等效电路元件拟合参数和归标准处理，得出了MDCK细胞层、HUVEC细胞层内液电阻值和膜电容值，以及Hep G2细胞层细胞死亡过程阻抗变化。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 细胞阻抗测量原理和芯片制备

2.1 交流阻抗法原理

2.2 细胞阻抗测量技术分析

2.3 微电极芯片制备

2.4 本章小结

第3章 细胞阻抗测量

3.1叉指阵列微电极循环伏安法测量

3.2 不同电极MDCK细胞阻抗测量

3.3 ITO电极正常细胞阻抗静态测量

3.4 ITO电极肝癌细胞动态阻抗测量

3.4 本章小结

第4章 液滴操控机理研究和芯片制备

4.1 微液滴操控机理

4.2 结构设计

4.3芯片制备

4.4 数字微流控系统测试

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢