微流控技術(shù)是體外構(gòu)建生物系統(tǒng)的一種很具有吸引力的技術(shù),它為研究細胞共培養(yǎng)、細胞代謝活性、細胞與細胞相互作用和藥物代謝機制的研究提供了一個方便的平臺。隨著微流控芯片在實驗室中應(yīng)用的不斷深入,實驗室對于微流控芯片的數(shù)量及功能的需求也在不斷提高,傳統(tǒng)的芯片制造理念和制備工藝已經(jīng)無法滿足實驗室對與快速得到所需功能芯片的需求。對微流控芯片功能的快速定制方法的探索已經(jīng)成為了芯片制造的有一個重要課題。本文基于光固化3D打印技術(shù)（SLA）提出了一種快速定制微流控濃度梯度芯片的方法。基于通用濃度梯度生成算法設(shè)計多種不同功能的樹狀結(jié)構(gòu)濃度梯度模塊,并通過與不同結(jié)構(gòu)的細胞培養(yǎng)模塊相互組合的方式,得到模塊化組合的濃度梯度芯片。為了驗證快速定制方案的可行性,本文選擇了其中線性濃度梯度模塊及矩形培養(yǎng)腔模塊的組合方案作為驗證方案進行了后續(xù)研究。本文首先基于通用型濃度梯度分布算法對樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的各個分流節(jié)點的位置進行了計算設(shè)計,并基于微通道中液體層流擴散理論對蛇形混合流道的最小長度進行了設(shè)計計算,最終確定了流道了整體結(jié)構(gòu)。完成濃度芯片相關(guān)參數(shù)設(shè)計后,本文使用Solidworks軟件對設(shè)計好的芯片模塊進行了三維建模,并... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?（ａ）確定性橫向位移微流控芯片［３１］?（ｂ）高通量單細胞分析芯片［３８］??

其他類型細胞。目前，很多集成了其他不同功能微流控模塊的芯片已經(jīng)被制造出來。??比如將細胞培養(yǎng)陣列與濃度梯度發(fā)生器集成到一起，從而實現(xiàn)將細胞暴露于不同濃度??培養(yǎng)液中進行研究的目的［４２］。類似的研究還有很多。如圖１．３－ｃ所示，Ｋｉｎｇｅｔａｌ團隊研??制了一種高密度電池陣列微流控芯片，該芯片通過使用綠色熒光蛋白標(biāo)記的方式實現(xiàn)??了監(jiān)測基因表達的功能［４３］。Ｋｉｍ?ｅｔａｌ等人發(fā)明了一種創(chuàng)造性的微流控裝置。這種裝置??實現(xiàn)了在對數(shù)流速范圍內(nèi)同時進行培養(yǎng)細胞的功能，并可以被用于研宄了不同流速下??的細胞反應(yīng)［４４］（圖１．３－ｄ）。在微流控灌注系統(tǒng)中進行細胞圖案化和長時間細胞分化研??宄被證明是可行的。??＇：．ｒ?＾?ｖ?／．?ｎｒ?／＾＾，ｎｐｕｔ??＿繼??ｉ—顧涵％??一？一?Ｃｅｉｌ?ｃｕｌｔｕｒｅ??＾０＾?１?＼?ｃｈａｍｂｅｒ??圖１．３用于細胞培養(yǎng)及檢測的微流控芯片［３９’４ＭＷ４］??１．２．３微流控芯片的濃度梯度生成研究??化學(xué)和生物分子梯度在科學(xué)和工程中的重要性促使研宄人員開發(fā)出許多產(chǎn)生空間??梯度的方法［４５］。最常見的技術(shù)包括生物水凝膠梯度法［４６］、微型移液管產(chǎn)生梯度法［４７］、??Ｂｏｙｄｅｎ小室法［４８］、Ｚｉｇｍｏｎｄ小室法［４９］以及Ｄｕ皿小室法［５（）］。雖然這些方法已經(jīng)被用于??細胞實驗中，但是對于定量研宄梯度信號方面并不理想。這可以歸因于無法生成具有??任意空間濃度分布的，精確的濃度梯度。此外，上述大多數(shù)方法只生成線性梯度，很??少有替代品用于產(chǎn)生非線性梯度。??微流控濃度梯度芯片的應(yīng)用為生物科學(xué)

芯片類型有樹狀網(wǎng)絡(luò)型、通用型和級聯(lián)型等。樹狀網(wǎng)絡(luò)濃度梯度芯片最初是由Ｈａｒｉｈａｒａ??Ｂａｓｋａｍｎ等人設(shè)計實現(xiàn)的［５３］，是最為經(jīng)典、應(yīng)用最為廣泛的芯片結(jié)構(gòu)之一，其基本結(jié)??構(gòu)包含了入口、出口以及諾干個蛇形結(jié)構(gòu)微通道，其結(jié)構(gòu)如圖１．４－ｂ所示。不同濃度的??液相從入口被通入后，在各層級的分流點以一定比例分流，并在蛇形通道中混合后進??入下一層級，逐級往復(fù)后最終在出口處形成濃度梯度分布。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是能夠較??為簡便的形成不復(fù)雜的、離散的濃度值。２００２年，Ｊｅｏｎｗ等人基于軟光刻工藝制作了??樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濃度梯度芯片，并將人體中性白細胞放置于芯片微通道內(nèi)，用來檢測??ＩＬ－８?（—種內(nèi)皮細胞分泌物）是否對中性白細胞有細胞移行的影響，最終發(fā)現(xiàn)白細胞會??向ＩＬ＂８濃度高的方向移行［５３］??Ｔ型并流結(jié)構(gòu)濃度梯度芯片是另一種常用的濃度梯度芯片，最早是由Ｋａｍｈｏｌｚ團??隊設(shè)計發(fā)表的，芯片的結(jié)構(gòu)如圖１．４－ａ所示。這種結(jié)構(gòu)的芯片與樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的芯片相??同


本文編號：3123034