細胞分選為單細胞研究提供了基礎手段,其在生命科學和臨床醫(yī)學研究中具有重要價值。與傳統(tǒng)的流式細胞分選方法相比,基于微流控技術的細胞分選具有低成本、快速、多功能模塊可以自由組合等優(yōu)點,現(xiàn)已成為細胞分選領域研究的熱點。細胞大小是細胞最基本的物理特性,許多疾病的發(fā)生都和細胞大小有關,同時,細胞尺寸也是細胞分類的基本依據(jù),因此基于細胞大小進行細胞分選的微流控技術備受關注。目前,基于流式細胞儀的細胞分選方法很難進行細胞大小的分選,基于微流控芯片的無標記、高通量的細胞分選方法成為迫切的需求。前期已經(jīng)有部分研究利用迪恩流、側向流、過濾器等微流控結構進行細胞大小分選,雖然通量較高,但是純度方面都有所欠缺。本課題利用不同大小的細胞在微通道中產(chǎn)生不同大小的電流脈沖作為判斷細胞大小的依據(jù),基于FPGA平臺進行判斷并執(zhí)行分選,可以在保證通量50cell/s的同時,獲得90.6%的高純度分選結果。本課題的研究,為基于細胞尺寸的分選提供了一種新的方法。本課題的主要研究內(nèi)容如下:首先,根據(jù)不同大小的細胞在收縮的測量通道道中產(chǎn)生的下降粒子電流脈沖大小不同,以此作為判斷目標細胞的依據(jù),設計用于分選的微流控芯片。利用有限元... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

螺旋通道分選裝置

1緒論3到迪恩流（DeanFlow）產(chǎn)生的迪恩力的作用實現(xiàn)偏移，迪恩力是由于沿著渦旋通道的橫向二次渦流產(chǎn)生的；大細胞主要受到來自于通道壁的升力和流體剪切力梯度產(chǎn)生的升力實現(xiàn)偏移的。Lim等[14]通過設計螺旋微通道利用慣性升力和迪恩力實現(xiàn)了對不同大小的微球和不同大小的癌細胞系進行分選，裝置如圖1.1所示。圖1.1螺旋通道分選裝置DiCarlo等[15]設計了一個不對稱的彎曲通道，如圖1.2所示。研究了對稱和不對稱的通道幾何形狀，這些彎曲的通道提供了額外的慣性力，這些慣性力使特定的平衡位置產(chǎn)生偏差，從而在三維空間中產(chǎn)生了具有精確定位連續(xù)有序的粒子流�？梢詫崿F(xiàn)粒子在通道的橫向平面內(nèi)橫向排列，并沿著流向規(guī)則的排列。圖1.2波浪通道分選裝置Wu等[16]設計一個收縮/膨脹的直通道，如圖1.3所示，直通道內(nèi)的膨脹的微結構施加二次流來操縱粒子位置，類似于螺旋通道中的迪恩流，

1緒論4但具有更高的可控性。通過慣性升力和微結構引起的二次流之間的平衡，大的粒子主要受到慣性力作用聚焦在通道的中央位置，小的粒子主要受二次流產(chǎn)生力的影響聚焦在通道邊緣的位置。從而在下游實現(xiàn)不同大小的粒子的分眩圖1.3收縮/膨脹通道分選裝置慣性聚焦的方式的優(yōu)點可以實現(xiàn)高通量、無標記分選，并且在分選過程中保持細胞的活性；其存在明顯的缺點，在分選過程中對流體流速的要求很高、無法精確的區(qū)分大小相近的細胞、分選的純度不高。確定性橫向位移（deterministiclateraldisplacement，DLD）通過在通道中設置微柱等障礙物，利用細胞在通道中受流體力和障礙物的影響實現(xiàn)細胞分眩當細胞直徑小于流體流線寬度時，細胞會沿著初始流線軌跡移動，當細胞直徑大于流線寬度時，細胞會被障礙物阻擋，從而偏移到附近流道中，從而發(fā)生了位移偏轉。不同大小的細胞咋通道中按照這樣的模式流動從而實現(xiàn)基于不同大小的分眩Milica等[17]設計DLD分選芯片，如圖1.4所示。根據(jù)細胞大小無需任何預處理和標記從新生大鼠組織消化液中分離出心肌細胞。該方法是優(yōu)點是通量高、無標記、易于操作；存在的缺點有通道易于堵塞、無法精確的區(qū)分大小相近的細胞、分選純度低。


本文編號：3098909