低溫保存被普遍應(yīng)用于生物保存等多種領(lǐng)域。在低溫保存過程中,添加/去除低溫保護(hù)劑（CPA）過程中細(xì)胞外滲透壓連續(xù)改變易導(dǎo)致細(xì)胞損傷甚至死亡�，F(xiàn)有的處理方法受到處理效率、處理通量、細(xì)胞回收率低等多種限制�，F(xiàn)有的膜式微流控系統(tǒng)還因微濾膜兩側(cè)壓力變化易造成細(xì)胞堵塞微濾膜孔。為解決上述問題,本文通過分階段的滲透壓變化減少細(xì)胞損傷,使細(xì)胞在每一階段滲透壓變化后有時(shí)間適應(yīng)環(huán)境變化,同時(shí)通過灌注液往細(xì)胞懸浮液的單向傳質(zhì)避免微濾膜污染�；诖怂悸繁疚脑O(shè)計(jì)了序列化灌注式芯片,通過特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)階段性地改變細(xì)胞懸浮液中的CPA濃度。通過這種芯片減少因滲透壓失衡造成的細(xì)胞損傷同時(shí)高效的完成CPA添加/去除。本文進(jìn)行的主要工作有:（1）提出序列化灌注式微流控芯片的方案原理,對(duì)灌注液往細(xì)胞懸浮液的單向灌注進(jìn)行理論推導(dǎo)。根據(jù)添加/去除CPA前后的細(xì)胞懸浮液滲透壓變化設(shè)計(jì)階段性的灌注過程,在理論模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)芯片結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)“膜窗”實(shí)現(xiàn)階段性灌注過程。加工裝配原型裝置。（2）研究序列化灌注式芯片的傳質(zhì)特性,進(jìn)行裝置級(jí)仿真得出灌注液向細(xì)胞懸浮液跨膜傳質(zhì)的灌注序列。通過灌注序列計(jì)算流道內(nèi)CPA濃度分布,從而進(jìn)行細(xì)胞級(jí)仿真計(jì)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

膜分離法原理示意圖

視氪?車臀鹵?存相比提高了約25%[38]。微流控技術(shù)應(yīng)用于低溫保護(hù)劑處理方興未艾，當(dāng)前主流的微流控技術(shù)與膜分離法的透析法類似，均是基于溶質(zhì)的擴(kuò)散原理，利用濃度差作為物質(zhì)傳遞的驅(qū)動(dòng)力，主要的發(fā)展方向是提升層流間接觸面積提升擴(kuò)散效率，或是提高置換液流速保持濃度差以提升溶質(zhì)傳輸效率。但是溶質(zhì)擴(kuò)散原理本身也限制了擴(kuò)散效率的提升，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)更大接觸面且流速較快的穩(wěn)定層流具有難度，而在層流直接接觸面上，由于滲透壓的劇烈變化，也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷，這些因素共同限制了基于擴(kuò)散原理的微流控技術(shù)的效率。圖1-3微流控CPA處理示意圖[38]Zhou等人提出了基于膜式微流控的超濾法模型，這種方法同時(shí)擁有了膜分離法與微流控方法的優(yōu)點(diǎn)，利用膜分離細(xì)胞懸浮液與置換液，可以構(gòu)造形成穩(wěn)定的層流，并嘗試通過超濾法利用膜兩側(cè)壓力差驅(qū)動(dòng)的方式提升溶質(zhì)跨膜傳輸?shù)男�。如圖1-4所示，通過兩塊PMMA夾一片微孔濾膜的結(jié)構(gòu)，并在膜兩側(cè)均刻蝕微流道，以兩條逆向流動(dòng)的層流，使得兩側(cè)有相對(duì)壓力差與濃度差，在一塊微流控芯片內(nèi)同時(shí)完成“稀釋-過濾”，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)與細(xì)胞驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到了添加過程中較理想的細(xì)胞回收率[39]。但是由于流道內(nèi)壓力變化，細(xì)胞懸浮液在過濾濃縮階段因?yàn)閴毫ψ兓笙蛑脫Q液側(cè)流動(dòng)，容易造成細(xì)胞堵塞微孔濾膜，在去除CPA時(shí)不能得到理想結(jié)果。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖1-4基于“稀釋-過濾”原理的微流控芯片[39]綜上，列舉了包括離心法在內(nèi)的多種現(xiàn)有低溫保護(hù)劑處理方法，離心法具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，卻是一個(gè)勞動(dòng)密集型的方法，需要消耗較大的人工與時(shí)間，盡管有了自動(dòng)化的解決方案，但是仍然避免不了本身的機(jī)械損傷、細(xì)胞污染等缺點(diǎn)。而膜分離法可以避免細(xì)胞污染，可以更高效的處理細(xì)胞懸浮液，并且已經(jīng)有了商用的透析器等，已經(jīng)證明了具有細(xì)胞安全性[40,41]。但是這些基于中空纖維管的儀器只能處理體積相對(duì)較大的細(xì)胞懸浮液。此外，一次性中空纖維管的價(jià)格也是一個(gè)大規(guī)模使用的限制因素。而基于擴(kuò)散原理的微流控方法，利用層流間接觸面因溶質(zhì)濃度差的自主擴(kuò)散進(jìn)行CPA處理，但是仍然不能避免局部的滲透壓失衡以及連續(xù)的滲透壓失衡累積的細(xì)胞損傷，并且傳質(zhì)效率較低，而形成接觸面較大的穩(wěn)定層流十分困難。結(jié)合膜分離法與微流控法的優(yōu)點(diǎn)，基于膜式微流控的超濾法處理低溫保護(hù)劑處理技術(shù)也有所嘗試[39,42,43]，但是也會(huì)出現(xiàn)如細(xì)胞堵塞微孔濾膜的現(xiàn)象，降低處理效率也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞存活率下降�？偨Y(jié)以上不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文期望設(shè)計(jì)一種基于微濾法的膜式微流控芯片，旨在提供一種可以滿足小體積細(xì)胞對(duì)象處理要求，通過超濾法能夠提高傳質(zhì)效率并且能夠避免膜污染，能夠適應(yīng)低通量和高通量的CPA處理，并且能夠有效避免CPA處理過程中因滲透壓失衡導(dǎo)致的細(xì)胞損傷，有良好的細(xì)胞存活率與CPA去除率的處理方法。1.3本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新本文的主要貢獻(xiàn)是提出了序列化灌注式微流控芯片概念，利用膜式微流控方法形成穩(wěn)定的層流，并通過芯片結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)形成灌注液側(cè)往細(xì)胞懸浮液側(cè)的單向傳質(zhì)避免膜污染，利用序列化灌注的方法避免細(xì)胞外滲透壓連續(xù)變化導(dǎo)致細(xì)胞損傷，使細(xì)胞在胞外?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]透析法去除紅細(xì)胞滲透性低溫保護(hù)劑的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 張曉光,趙剛,丁衛(wèi)平,劉忠,楊基明,高大勇.  中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2008(01)

博士論文
[1]低溫保護(hù)劑去除方法與若干相關(guān)問題研究[D]. 喬赫元.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3514466