基于惠斯通电桥的单细胞微管吸吮微流控装置

摘要

细胞的一系列生物学功能或者行为被认为与细胞力学特性的变化密切相关，因此，细胞形变能力和力学特性常作为细胞力学分析中的重要指标。单细胞的力学特性往往有比较大的差异，要想得到更加精准的细胞力学特征信息，就需要行之有效的单细胞力学特性实验分析平台。微流控技术以其结构微型化、反应体积小、所需样本微量化、能精确控制流体以及良好的生物兼容性等优点，已经在单细胞力学特性研究中普遍应用。现有研究方法主要可分为利用微漩涡原理或驻点流原理的非接触式与利用微陷阱或动态微流阻通道产生边界效应的接触式两类,但是它们存在着实现形式复杂、不稳定、难以实现高通量捕获、或者不便于直接进行单细胞力学特性分析等缺点。 本论文设计了一种基于惠斯通电桥的可用于单细胞微管吸吮的微流控芯片。 首先，本论文利用惠斯通电桥原理、流体力学原理及微流控技术，设计了一种可用于单细胞微管吸吮和单细胞力学特性研究的微流控装置，并对微通道中的流阻、流量和压差等各种参数进行了计算，从理论上论证了在芯片中实现微管吸吮及力学特性分析的可能性。 其次，为了更加精确地得知微通道中的流场等相关信息，为了验证模型计算的可靠性，通过COMSOL软件对微流控芯片中的流体力学情况进行了仿真，并与模型计算结果对比，验证了模型计算结果的可靠性，证明了通过理论计算得出的吸吮压差的是正确的。 最后，搭建以微流控芯片为核心，包括可编程注射泵、荧光显微镜、CCD相机以及计算机在内的实验系统，并进行了微珠捕获实验及细胞吸吮实验，实现了微珠捕获与单细胞微管吸吮，并进行了单细胞力学特性分析。 本论文设计的基于惠斯通电桥的单细胞微管吸吮微流控装置，为单细胞力学特性研究与分析提供了新的平台。

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