基于微流控芯片的生物细胞特征信号检测

摘要

细胞作为生物体的基本单位，对其特征信号的研究具有非常重要的生物学意义。随着细胞生物学的不断发展，对细胞的特征信号检测提出了更高的要求。尽管科研人员已经发展出了多种细胞特征信号检测技术，这些技术中有的对单个细胞的特征信号检测精度很高，但是检测效率太低，无法实现批量化检测;也有的虽然可以实现批量化检测，但是检测精度不高，并且相关检测设备体积庞大、造价昂贵，无法满足细胞生物学研究与实际应用中现场实时检测的要求，严重阻碍了细胞特征信号检测仪器的集成化与便携化发展。　　近年来，基于微流控技术的细胞特征信号检测技术受到越来越多科研人员的关注。与传统细胞特征信号检测技术不同的是，该技术不仅能实现细胞特征的批量化检测,还能实现检测设备集成化与便携化。但是，传统的微流控芯片制作方法存在加工流程复杂、加工周期长等问题，并且采用传统库尔特计数原理还存在系统噪声过大、很难检测到脉冲信号等问题，这些都严重阻碍了该技术的进一步发展与应用。为了克服上述问题，实现生物细胞特征信号的批量化检测，本文研究工作与研究成果主要包括以下几个方面:　　(1)针对传统微流控芯片的制作方法存在加工流程复杂、加工周期长等问题，提出了一种基于数控雕刻机的简捷的微流控芯片制作方法，极大程度减少了微流控芯片的加工时间和加工成本，为实验室微流控芯片的结构设计和前期原理验证提供了一种简捷有效的途径。　　(2)针对传统库尔特计数原理检测过程中系统噪声过大的问题，采用锁相放大技术，最大化抑制了系统噪声，实现了pA级微弱电流脉冲信号的检测。　　(3)构建了一套基于微流控芯片的生物细胞特征信号检测系统，通过实验验证了其有效性，并进一步实现了两种生物细胞特征信号的批量化检测。　　本文不仅为微流控芯片的制作提供了一种简捷有效的微流控芯片制作方法，同时也为细胞生物学中对细胞特征信号的检测提供了一种新的技术方案。

目录

声明

摘要

第1章．绪论

1．1．引言

1．2．国内外研究现状

1．2．1．基于原子力显微镜的细胞特征信号检测法

1．2．2．基于流式细胞术的细胞特征信号检测法

1．2．3．基于微流控芯片的细胞特征信号检测法

1．3．本文的研究目标与研究内容

1．4．本文的结构安排

第2章．基于微流控芯片的细胞特征信号的检测方法

2．1．传统细胞特征信号检测方法

2．2．改进的细胞特性信号检测方法

2．3．本章小结

第3章．微流控芯片的制作方法

3．1．引言

3．2．微流控芯片的制作技术

3．2．1．超声波清洗技术

3．2．2．阳极键合封装技术

3．2．3．等离子体键合技术

3．3．硅基微流控芯片的制作流程

3．3．1．微流控芯片的结构设计

3．3．2．微流控芯片的加工

3．3．3．微流控芯片的清洗

3．3．4．微流控芯片的封装

3．4．基于数控雕刻机的PDMS基微流控芯片

3．4．1．PDMS基微流控芯片的结构设计

3．4．2．微流控芯片模板的加工

3．4．3．PDMS基微流控芯片的浇铸与固化

3．4．4．PDMS基微流控芯片的清洗与封装

3．5．本章小节

第4章．微流控芯片的仿真原理与仿真分析

4．1．有限元方法在微流控芯片中的应用

4．2．微流控芯片中流场的仿真分析

4．3．微流控芯片中电场的仿真

4．3．1．微通道中电场分布与脉冲信号

4．3．2．微通道中颗粒位置对脉冲幅值的影响

4．4．本章小结

第5章．细胞特征信号检测系统的构建与实验结果

5．1．细胞特信号检测系统的构建

5．2．微流控系统电流通路的导通性的验证

5．3．细胞特征信号检测系统的有效性的验证

5．4．生物细胞特征信号检测检测结果与分析

5．4．1 单细胞悬浮液的制备

5．4．2 细胞特征信号的检测

5．4．3 细胞特征信号的分析

5．5．本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢