微流控芯片上的微流道尺寸特征剛好匹配于細(xì)胞大小,利于對(duì)單個(gè)細(xì)胞甚至多個(gè)細(xì)胞操作,微流控技術(shù)在細(xì)胞檢測(cè)、分選研究中有著廣泛的應(yīng)用。本文闡述了基于微流控技術(shù)癌變細(xì)胞檢測(cè)、分選的研究現(xiàn)狀和研究意義,提出了一種將微結(jié)構(gòu)過(guò)濾原理和磁分選原理相結(jié)合的研究方案。從理論分析、數(shù)值仿真、芯片制備和芯片功能性應(yīng)用等方面對(duì)用于癌變細(xì)胞檢測(cè)、分選的微流控技術(shù)進(jìn)行了研究。本文以磁性微球?yàn)槟Ｐ?對(duì)微流控芯片內(nèi)的磁性微球進(jìn)行詳細(xì)地受力分析,并推導(dǎo)出磁性微球的受力方程;借助COMSOL有限元軟件對(duì)磁性微球的受力方程進(jìn)行求解,得到了磁性微球在微流控芯片內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡,分析了永磁體的剩余磁通密度和微流控芯片的入口流速對(duì)磁性微球運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。本文在對(duì)芯片制備時(shí)材料選取和制作工藝進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上,給出了芯片的制備過(guò)程;根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備搭建了微流控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)攜帶磁性納米粒子的肝癌細(xì)胞(SMCC-7721)在微流控芯片內(nèi)的分選,分選率約為68.3%。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,攜帶磁性納米粒子的SMCC-7721細(xì)胞所受合外力的大小和方向影響其在微流控芯片內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R73-3;TN492
【部分圖文】：

微結(jié)構(gòu)過(guò)濾篩分選，就是根據(jù)細(xì)胞間尺寸、體積的差異，依靠過(guò)濾的方法分選目標(biāo)細(xì)胞。從尺寸來(lái)講，腫瘤細(xì)胞比一般正常細(xì)胞要大、核質(zhì)比高、形變性小，根尺寸的差異性在芯片上構(gòu)建過(guò)濾膜或在芯片上制備出一些有過(guò)濾作用的微柱、微壩結(jié)構(gòu)，使微流控芯片具有“篩子”的作用。尺寸小、形變性大的血細(xì)胞可以順利通“篩子”流出，而尺寸較大、形變性差的腫瘤細(xì)胞則被截留下來(lái)[23,24]。微結(jié)構(gòu)過(guò)濾早的就被應(yīng)用于細(xì)胞分選，近期 Mohamed 等人[25]根據(jù)微結(jié)構(gòu)過(guò)濾原理設(shè)計(jì)了一種流控芯片，實(shí)現(xiàn)了從癌癥志愿患者的血液中分選出 CTCs。芯片由四組寬度不同的平流道陣列串聯(lián)組成，流道間隙分別為 20um、15um、10um、5um，如圖 1.1 所示，根各種細(xì)胞尺寸的不同，實(shí)現(xiàn)不同尺寸的細(xì)胞在各自匹配的間隙處被捕捉。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在間隙為 10um 的結(jié)構(gòu)處可以捕捉到較大的神經(jīng)瘤細(xì)胞，而其他尺寸較小、形變性較的血細(xì)胞則會(huì)不被阻隔的流經(jīng)整個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)了從外周血中分離神經(jīng)瘤細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的成功捕獲，使對(duì)小兒顱外腫瘤的研究提升到了細(xì)胞水平，為小顱外腫瘤的治療提供了新思路。后期，該研究團(tuán)隊(duì)還使用這種結(jié)構(gòu)成功從外周血中選出了 8 種循環(huán)腫瘤細(xì)胞[26]。微結(jié)構(gòu)過(guò)濾具有較高的通量，可以在短時(shí)間內(nèi)處理大的待測(cè)樣品，該結(jié)構(gòu)符合 CTCs 分選的準(zhǔn)則，最早最廣泛應(yīng)用在細(xì)胞分選領(lǐng)域。

后期 Huang 等人[28]又將該方法應(yīng)用到了細(xì)胞分選領(lǐng)和白細(xì)胞的分離，白細(xì)胞的分選率約為 99.7%。Loutherback 等[分離原理設(shè)計(jì)了一種細(xì)胞分選芯片，其結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。芯片邊長(zhǎng)為 58μm 等邊三角形，三角形微米柱的間距為 42μm，整體的流向呈現(xiàn) 1/20 弧度角。此結(jié)構(gòu)與圓形微柱相比可以更好地減道堵塞的可能性，實(shí)現(xiàn)了在高通量下進(jìn)行細(xì)胞分選實(shí)驗(yàn)。利用 高通量下達(dá)到 90%的捕獲率并高效地從外周血中分離 MDA-MB胞損傷小，可以作為進(jìn)一步細(xì)胞分析樣本。同時(shí)，Loutherback 懸液中成功分離出了 MCF-7 細(xì)胞，MCF-7 細(xì)胞重新捕獲率達(dá)到較好的通量可以快速完成 CTCs 的檢測(cè)，但 CTCs 捕獲的純度較特定出口處被捕獲。

圖 1.3 正弦型慣性聚焦分選工作原理 (a)微通道的設(shè)計(jì)圖；(b)不同雷諾數(shù)下慣性聚焦的狀況1.3.2 主動(dòng)式分選技術(shù)主動(dòng)式分選技術(shù)多依賴細(xì)胞的本身特性或者在細(xì)胞上修飾一些可操縱的特性，通過(guò)外場(chǎng)力對(duì)微通道中的細(xì)胞施加作用力，在外場(chǎng)力的作用下，改變目標(biāo)細(xì)胞原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)分選。主動(dòng)式分選技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是分選精度高、特異性強(qiáng)，典型的主動(dòng)式分選技術(shù)有介電泳分選、磁分選和聲力分選等。1. 介電泳分選介電泳法(Dielectrophoresis，DEP)，是在介電常數(shù)較低的粒子周圍施加一個(gè)非均勻電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)粒子移動(dòng)的方法。粒子本身顯電中性，在非均勻電場(chǎng)中，不同的微粒由于細(xì)胞尺寸和介電性質(zhì)不同會(huì)發(fā)生不同程度的漂移運(yùn)動(dòng)，根據(jù)漂移運(yùn)動(dòng)的狀況可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或者其他微粒的分離。顆粒的固有性質(zhì)和外加電場(chǎng)的情況都會(huì)對(duì)介電泳現(xiàn)象產(chǎn)生很大的影響。介電泳法是將細(xì)胞物理尺寸差異與介電性質(zhì)連用的分選方法，不僅有著較高的重新捕獲率，還能對(duì)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行特異性分離有著較高的分離純度。Hui-SungMoon 等人[33]根據(jù)介電泳原理設(shè)計(jì)了一種用于捕獲 CTCs 的微流控芯片，其結(jié)構(gòu)如圖1.4 所示，芯片材料選取 PDMS，并在基片上制備金納米線作為提供非均勻電場(chǎng)的導(dǎo)線。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李帥;劉曉強(qiáng);;循環(huán)腫瘤細(xì)胞的檢測(cè)[J];醫(yī)學(xué)綜述;2010年06期

2 黃同海;王正;李富榮;;循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)及臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];腫瘤;2008年05期

3 沙慧芳,江曉豐,顧偉勇,包國(guó)良,馮久賢,董強(qiáng)剛;肺癌患者外周血循環(huán)中癌細(xì)胞的流式細(xì)胞儀分析[J];中國(guó)肺癌雜志;2001年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 胡思怡;基于微流控技術(shù)的功能型量子點(diǎn)的合成及應(yīng)用[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2015年

2 吳信宇;磁動(dòng)力微流控芯片內(nèi)磁珠動(dòng)力學(xué)行為及其強(qiáng)化混合與分離機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 嚴(yán)小沖;微流控芯片中磁珠吸附機(jī)制研究[D];大連理工大學(xué);2013年

2 賴夢(mèng)君;基于免疫親和原理的循環(huán)腫瘤細(xì)胞富集/篩選芯片的構(gòu)建及應(yīng)用初探[D];重慶大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2843949