單細胞水平的生物物理特性表征,可有效闡明細胞的基本結(jié)構(gòu)、功能信息及病理狀態(tài),揭示細胞間的個體差異性,對于細胞的種類鑒別與癌癥等重大疾病的早期診斷等具有非常重要的意義。由于具有與細胞尺度相匹配的微米級通道,微流控芯片在細胞的微環(huán)境控制、運動調(diào)控及性能表征等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。近年來,微流控已經(jīng)發(fā)展成為一個涉及機械、電子、材料、流體、生物和醫(yī)學(xué)等諸多學(xué)科的前沿技術(shù),研究開發(fā)基于微流控技術(shù)的單細胞物理特性表征方法,有望成為新一代即時檢測儀器的關(guān)鍵突破口。在回顧片上單細胞物理特性表征技術(shù)的最新研究現(xiàn)狀與存在問題的基礎(chǔ)上,本文開發(fā)了一套便攜式的通用電阻抗測量系統(tǒng),并先后研制出具有不同功能的微型庫爾特計數(shù)器、阻抗流式細胞儀和微型阻抗分析儀,以期在全血中循環(huán)腫瘤細胞的鑒別、計數(shù)和狀態(tài)監(jiān)測等方面提供一套有益方法,取得下列創(chuàng)新性研究成果:(1)在細胞介電理論與阻抗測量方面:研究建立描述單細胞懸浮液系統(tǒng)介電特性的Maxwell混合模型與等效電路模型,并探索系統(tǒng)介電特性在時域和頻率內(nèi)的嚴格對應(yīng)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出一種基于偽隨機m序列相關(guān)辨識原理獲取細胞寬頻阻抗譜的新方法,在極短的0.5115 ms內(nèi)測...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 基于微流控技術(shù)的循環(huán)腫瘤細胞檢測
    1.3 微流控技術(shù)與單細胞物理特性表征
        1.3.1 微流控技術(shù)的發(fā)展概述
        1.3.2 片上單細胞物理特性表征技術(shù)的回顧
    1.4 微流控單細胞電阻抗檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 微型庫爾特計數(shù)器的研究進展
        1.4.2 微型阻抗分析儀的研究進展
        1.4.3 阻抗流式細胞儀的研究進展
    1.5 微流控單細胞電阻抗檢測技術(shù)的對比總結(jié)
    1.6 課題立題依據(jù)與論文主要研究內(nèi)容
        1.6.1 課題的立題依據(jù)
        1.6.2 課題的經(jīng)費來源
        1.6.3 論文的主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)
第二章 細胞電阻抗檢測的基礎(chǔ)理論與實驗平臺
    2.1 引言
    2.2 細胞電阻抗檢測的基礎(chǔ)理論
        2.2.1 生物細胞的介電特性
        2.2.2 單細胞懸浮液系統(tǒng)的Maxwell混合理論
        2.2.3 單細胞懸浮液系統(tǒng)的等效電路模型
        2.2.4 單細胞懸浮液系統(tǒng)介電特性的時域分析
    2.3 微流控單細胞電阻抗檢測系統(tǒng)的平臺開發(fā)
        2.3.1 偽隨機m序列的基本性能
        2.3.2 基于偽隨機m序列的電阻抗測量
        2.3.3 電阻抗檢測系統(tǒng)的硬件組成
        2.3.4 電阻抗檢測系統(tǒng)的軟件程序
    2.4 本章小結(jié)
第三章 集成慣性聚焦與液體電極傳感的微型庫爾特計數(shù)器
    3.1 引言
    3.2 微型庫爾特計數(shù)器的總體功能設(shè)計
        3.2.1 非對稱彎流道慣性聚焦原理
        3.2.2 液體電極電信號傳感原理
    3.3 微型庫爾特計數(shù)器的實驗平臺構(gòu)建
        3.3.1 微流控芯片的設(shè)計與加工
        3.3.2 樣品制備與實驗操作
    3.4 非對稱彎流道內(nèi)的粒子慣性聚焦
        3.4.1 慣性預(yù)聚焦單元的功能
        3.4.2 粒子在非對稱彎流道內(nèi)的慣性聚焦行為
    3.5 微型庫爾特計數(shù)器的性能優(yōu)化
        3.5.1 樣品流量的優(yōu)化
        3.5.2 電極腔補充液流量的優(yōu)化
        3.5.3 微型庫爾特計數(shù)器的性能標(biāo)定
    3.6 微型庫爾特計數(shù)器在細胞檢測中的應(yīng)用
        3.6.1 腫瘤細胞與血細胞的直流阻抗檢測
        3.6.2 混合細胞樣品中腫瘤細胞的鑒別
    3.7 本章小結(jié)
第四章 集成粘彈性聚焦與寬頻阻抗測量的阻抗流式細胞儀
    4.1 引言
    4.2 阻抗流式細胞儀的總體功能設(shè)計
        4.2.1 方形直流道粘彈性聚焦原理
        4.2.2 寬頻電阻抗測量原理
    4.3 阻抗流式細胞儀的實驗平臺構(gòu)建
        4.3.1 微流控芯片加工與樣品制備
        4.3.2 實驗操作與寬頻阻抗信號提取
    4.4 寬頻電阻抗測量系統(tǒng)的測試驗證
        4.4.1 測試電路設(shè)計與系統(tǒng)阻抗理論分析
        4.4.2 寬頻電阻抗測量系統(tǒng)的驗證結(jié)果
    4.5 方形直流道內(nèi)的細胞粘彈性聚焦
        4.5.1 粘彈性預(yù)聚焦的功能
        4.5.2 細胞在方形直流道內(nèi)的粘彈性聚焦行為
    4.6 阻抗流式細胞儀的性能表征
        4.6.1 阻抗信號分析的最佳頻率
        4.6.2 流道尺寸對阻抗測量的影響
        4.6.3 樣品流速對阻抗測量的影響
    4.7 阻抗流式細胞儀在細胞檢測中的應(yīng)用
        4.7.1 腫瘤細胞與血細胞的交流阻抗檢測
        4.7.2 混合細胞樣品中腫瘤細胞的鑒別
        4.7.3 阻抗流式細胞儀的生物兼容性
    4.8 本章小結(jié)
第五章 集成流體動力學(xué)捕獲與寬頻阻抗測量的微型阻抗分析儀
    5.1 引言
    5.2 微型阻抗分析儀的總體功能設(shè)計
        5.2.1 蛇形流道流體動力學(xué)捕獲原理
        5.2.2 細胞寬頻阻抗監(jiān)測原理
    5.3 微型阻抗分析儀的實驗平臺構(gòu)建
        5.3.1 微流控芯片的設(shè)計與加工
        5.3.2 細胞捕獲操作與寬頻阻抗監(jiān)測
    5.4 蛇形流道內(nèi)的細胞流體動力學(xué)捕獲
        5.4.1 流體在蛇形流道內(nèi)的流速分布
        5.4.2 腫瘤細胞在蛇形流道內(nèi)的捕獲結(jié)果
    5.5 微型阻抗分析儀在細胞狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用
        5.5.1 捕獲腫瘤細胞的寬頻阻抗測量
        5.5.2 單個腫瘤細胞運動狀態(tài)的監(jiān)測
        5.5.3 多個腫瘤細胞運動狀態(tài)的監(jiān)測
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
致謝
參考文獻
作者簡介



本文編號：3852467