發(fā)布時間：2017-04-22 22:09

  本文關(guān)鍵詞：基于介電泳技術(shù)的連續(xù)流細胞操控與分離芯片研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物粒子的快速分離和提純在醫(yī)學(xué)診斷、生化分析和水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域有重要的現(xiàn)實意義。目前常用的分離方法和技術(shù)包括離心分離法、色譜分析法、流式細胞法和介電泳分離技術(shù)�；诮殡娪炯夹g(shù)的微流控芯片以其低損耗、易集成、低成本、快速分離等優(yōu)點成為粒子操控與分離的一種重要手段,尤其在生物細胞的分離、提純和分析中有重要的實用價值。本文調(diào)研了國內(nèi)外介電泳芯片的研究現(xiàn)狀及分離芯片的分類,在前人設(shè)計的基礎(chǔ)上對分離芯片結(jié)構(gòu)進行改進。采用文獻和實驗研究相結(jié)合的方法,仿真模擬出不同結(jié)構(gòu)形狀電極對粒子操控分離的影響,旨在通過優(yōu)化分離芯片的結(jié)構(gòu),提高人體活死紅細胞的分離效率。本文開展的具體研究工作包括:首先,對球形粒子在非勻強電場中的受力過程進行分析,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了介電泳力及行波介電泳力的數(shù)學(xué)表達式。抽象出細胞的球形模型,利用MATLAB計算出活死細胞的Re(K)、Im(K)值隨頻率的變化曲線。利用COMSOL仿真軟件,對芯片的電極結(jié)構(gòu)、形狀進行仿真,確定最終的電極結(jié)構(gòu)。模擬電場的分布及粒子在微流體通道中的運動軌跡。在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化電極結(jié)構(gòu),確定了分離芯片的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后,對分離芯片的基底材料和微流體材料進行選擇,經(jīng)對比分析,最終確定玻璃作為基底材料,聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)作為微流體材料。介紹微流體和電極陣列的具體加工過程,試劑、材料和儀器的使用,以及相關(guān)參數(shù)的確定。實現(xiàn)分離芯片的基底與微流體通道的等離子鍵合;利用金絲球焊機引線實現(xiàn)了分離芯片與PCB的封裝。最后,本文設(shè)計制作了芯片分離區(qū)域的控制電路,搭建了實驗測試系統(tǒng)平臺。利用介電泳分離芯片對人體活死紅細胞進行操控分離實驗,在芯片的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了活死細胞的操控與分離,結(jié)果表明該芯片對細胞有較好的操控與分離效果。本文為介電泳與行波介電泳的結(jié)合使用提供了全新的思路,具有進一步的研究價值。
【關(guān)鍵詞】：芯片實驗室 介電泳 有限元仿真 微加工 細胞分離
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q-33;TN492
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 細胞分離技術(shù)的分類11-12
• 1.2.2 介電泳分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 介電泳分離芯片的分類14-16
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 基于介電泳細胞分離的理論基礎(chǔ)18-30
• 2.1 介電泳相關(guān)概念18-21
• 2.1.1 極化理論18-19
• 2.1.2 偶極矩19
• 2.1.3 介電泳19-21
• 2.2 介電泳力的表達式21-23
• 2.3 介電泳的影響因素23-26
• 2.3.1 頻率對介電泳的影響分析23-26
• 2.3.2 其他影響因素26
• 2.4 通道中的細胞受力分析26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第三章 基于介電泳細胞分離芯片的設(shè)計與仿真30-42
• 3.1 COMSOL仿真軟件簡介30-31
• 3.2 芯片陣列電極結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計31-36
• 3.2.1 陣列電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計31-32
• 3.2.2 陣列電極形狀的設(shè)計32-35
• 3.2.3 電極結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化35-36
• 3.2.4 陣列電極在豎直方向的電場、電勢分布36
• 3.3 仿真模型的建立36-38
• 3.4 仿真結(jié)果38-41
• 3.4.1 通道中流場分析38-39
• 3.4.2 通道中細胞運動軌跡分析39-41
• 3.5 芯片結(jié)構(gòu)的確定41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第四章 基于介電泳細胞分離芯片的加工42-54
• 4.1 材料與儀器42-46
• 4.1.1.基底材料的選擇42
• 4.1.2 微流體材料的選擇42-43
• 4.1.3 加工儀器43-46
• 4.2 加工流程46-49
• 4.2.1 微流體加工流程46-48
• 4.2.2 微電極陣列加工流程48-49
• 4.3 鍵合與封裝49-52
• 4.3.1 PDMS微流體與玻璃基底鍵合49-50
• 4.3.2 PCB封裝50-52
• 4.4 本章小節(jié)52-54
• 第五章 基于介電泳細胞分離的實驗研究54-64
• 5.1 控制電路的設(shè)計54-56
• 5.2 實驗系統(tǒng)的建立56-57
• 5.3 連續(xù)流分離的細胞檢測實驗57-59
• 5.3.1 實驗樣品準備57
• 5.3.2 熒光標記細胞的檢測分析57-59
• 5.3.3 實驗研究59
• 5.4 實驗結(jié)果與討論59-62
• 5.4.1 紅細胞的操控60-62
• 5.4.2 紅細胞的分離62
• 5.5 本章小結(jié)62-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 工作總結(jié)64-65
• 6.2 工作展望65-66
• 參考文獻66-70
• 致謝70-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及所取得的研究成果72

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