隨著現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)以及生物化學(xué)的發(fā)展,相關(guān)的研究已經(jīng)深入到了分子級別,研究人員愈發(fā)需要從單細(xì)胞乃至分子級別去分析解決問題。由于單細(xì)胞以及分子尺寸非常微小,傳統(tǒng)的操作方式精度已經(jīng)不能達(dá)到需求,微流控技術(shù)便逐漸發(fā)展起來。同時,如何捕獲單細(xì)胞乃至分子,分子的傳送以及不同大小分子的篩選都成為相關(guān)研究的熱門方向。傳統(tǒng)的光鑷技術(shù)通過聚焦激光,利用聚焦形成光斑的光學(xué)力來對微米級別的目標(biāo)進(jìn)行捕獲和操控。然而傳統(tǒng)光鑷技術(shù)由于激光聚焦本身的衍射極限,無法實(shí)現(xiàn)更小面積的聚焦,這導(dǎo)致傳統(tǒng)光鑷對亞微米以下目標(biāo)樣品進(jìn)行操控時需要更高的光功率。并且傳統(tǒng)光鑷還有所需設(shè)備龐大、無法批量操作目標(biāo)樣品的缺陷,所以面對亞微米以下的目標(biāo)樣品時,需要用到新型近場光學(xué)顆粒操控技術(shù)。新型近場光學(xué)顆粒操控技術(shù)主要包括基于波導(dǎo)近場光學(xué)力的粒子操控技術(shù)、基于光學(xué)諧振腔的粒子操控技術(shù)以及基于表面等離子體共振的粒子操控技術(shù)。近場光鑷不僅能夠規(guī)避激光聚焦熱效應(yīng)的影響,還能夠?qū)崿F(xiàn)在光流控芯片上對納米級別顆粒的捕獲,存儲,傳輸以及分選。并且近場光鑷的芯片結(jié)構(gòu)微小,有利于實(shí)現(xiàn)在光流控芯片上的大規(guī)模集成�；诒砻娴入x子體共振的光學(xué)顆粒操控技術(shù),我們設(shè)計了一種新型的以納米顆粒為固體載體的抗體快速檢測芯片。該芯片通過改變?nèi)肷涔獾钠穹较?可以捕獲和傳輸尺寸合適的納米顆粒。我們使用抗原抗體修飾不同大小的納米顆粒,抗體顆粒能夠在橢圓間傳輸,抗原顆粒只有與抗體顆粒結(jié)合才能被拖拽并傳輸,通過鑒定出口處抗原顆粒的熒光標(biāo)記來測定抗體。我們的芯片設(shè)計提供了一種新的二維平面的粒子分選方案,并且由于具有并行檢測的能力,我們的設(shè)計為快速、高通量的微流體通道抗體檢測提供了一個有吸引力的方案�；谖h(huán)諧振器倏逝波的光學(xué)捕獲力,我們設(shè)計了一種可調(diào)諧的光學(xué)流體分選裝置,用于通過局部熱相位調(diào)諧來實(shí)現(xiàn)微納米粒子的分選。隨著諧振器內(nèi)場增強(qiáng)系數(shù)的變化,捕獲勢阱的深度以及捕獲粒徑的閾值是可調(diào)的。此外,通過從統(tǒng)計角度考慮被捕獲粒子的布朗運(yùn)動,我們驗(yàn)證了勢阱的臨界捕獲閾值,通常假設(shè)為1KBT 閾值不僅取決于光學(xué)功率和粒徑,還取決于耦合區(qū)域的長度。與波長調(diào)諧機(jī)制相比,局部熱調(diào)諧的方式可實(shí)現(xiàn)許多獨(dú)立可調(diào)諧振器的大規(guī)模集成。我們提出的功能單元對于光流控系統(tǒng)的片上大規(guī)模集成具有重要意義。綜上所述,本文中我們設(shè)計了兩種芯片結(jié)構(gòu)。第一種芯片基于金納米橢圓結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了二維平面粒子的操控以及分選,并且以納米顆粒為載體能夠?qū)崿F(xiàn)抗體顆粒的快速檢測。第二種芯片基于環(huán)形諧振腔實(shí)現(xiàn)對亞微米級別顆粒的捕獲、寄存以及分選,并且該結(jié)構(gòu)是基于熱調(diào)諧方式進(jìn)行操控顆粒,有利于微環(huán)在芯片上的大規(guī)模集成。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN491
【部分圖文】：

＿■逡逑■■逡逑圖１．３單個紅細(xì)胞捕獲｜３１］：邋（ａ）當(dāng)啟動光阱時，血流速度太快，無法區(qū)分單個細(xì)逡逑胞。（ｂ）然后流量逐漸減慢，以便可以在光學(xué)鑷子上區(qū)分單紅細(xì)胞。（ｃ）邋４．２９秒后，光學(xué)逡逑鑷子捕獲紅細(xì)胞，而其他紅細(xì)胞仍在流過。（ｄ）細(xì)胞被保持在誘捕器中，并且其他紅細(xì)胞逡逑流出視野。白色十字標(biāo)記表示光阱中心，箭頭表示血流方向。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐邐逡逑ｗｍｍ逡逑＾邋ａｍ逡逑圖１．４光攝捕獲錐形蟲丨３２丨：（ａ）用于捕獲運(yùn)動錐形蟲的光學(xué)鑷子設(shè)置示意圖；（ｂ）逡逑不同流動條件下捕獲的錐形蟲圖像的疊加，錐形蟲被以流速■的速度從光阱中拖出。逡逑還有Ｅｒｉｃ邋Ｓｔｅｌｌａｍａｎｎｓ等利用光鑷和實(shí)時成像系統(tǒng)能夠直接捕獲錐形蟲并在逡逑空間受限的情況下分析細(xì)胞的運(yùn)動性。如圖１．４所示，在運(yùn)用光鑷捕獲錐形蟲后逡逑觀察了錐形蟲的運(yùn)動特性。逡逑同時，光鑷聚焦的光斑照明具有一定的強(qiáng)度，可以促進(jìn)一定空間內(nèi)的光化學(xué)逡逑５逡逑

ｗｍｍ逡逑＾邋ａｍ逡逑圖１．４光攝捕獲錐形蟲丨３２丨：（ａ）用于捕獲運(yùn)動錐形蟲的光學(xué)鑷子設(shè)置示意圖；（ｂ）逡逑不同流動條件下捕獲的錐形蟲圖像的疊加，錐形蟲被以流速■的速度從光阱中拖出。逡逑還有Ｅｒｉｃ邋Ｓｔｅｌｌａｍａｎｎｓ等利用光鑷和實(shí)時成像系統(tǒng)能夠直接捕獲錐形蟲并在逡逑空間受限的情況下分析細(xì)胞的運(yùn)動性。如圖１．４所示，在運(yùn)用光鑷捕獲錐形蟲后逡逑觀察了錐形蟲的運(yùn)動特性。逡逑同時，光鑷聚焦的光斑照明具有一定的強(qiáng)度，可以促進(jìn)一定空間內(nèi)的光化學(xué)逡逑５逡逑

＿■逡逑■■逡逑圖１．３單個紅細(xì)胞捕獲｜３１］：邋（ａ）當(dāng)啟動光阱時，血流速度太快，無法區(qū)分單個細(xì)逡逑胞。（ｂ）然后流量逐漸減慢，以便可以在光學(xué)鑷子上區(qū)分單紅細(xì)胞。（ｃ）邋４．２９秒后，光學(xué)逡逑鑷子捕獲紅細(xì)胞，而其他紅細(xì)胞仍在流過。（ｄ）細(xì)胞被保持在誘捕器中，并且其他紅細(xì)胞逡逑流出視野。白色十字標(biāo)記表示光阱中心，箭頭表示血流方向。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐邐逡逑ｗｍｍ逡逑＾邋ａｍ逡逑圖１．４光攝捕獲錐形蟲丨３２丨：（ａ）用于捕獲運(yùn)動錐形蟲的光學(xué)鑷子設(shè)置示意圖；（ｂ）逡逑不同流動條件下捕獲的錐形蟲圖像的疊加，錐形蟲被以流速■的速度從光阱中拖出。逡逑還有Ｅｒｉｃ邋Ｓｔｅｌｌａｍａｎｎｓ等利用光鑷和實(shí)時成像系統(tǒng)能夠直接捕獲錐形蟲并在逡逑空間受限的情況下分析細(xì)胞的運(yùn)動性。如圖１．４所示，在運(yùn)用光鑷捕獲錐形蟲后逡逑觀察了錐形蟲的運(yùn)動特性。逡逑同時，光鑷聚焦的光斑照明具有一定的強(qiáng)度，可以促進(jìn)一定空間內(nèi)的光化學(xué)逡逑５逡逑

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本文編號：2830903