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/去除低溫保護劑（CPA）過程中細胞外滲透壓連續(xù)改變易導(dǎo)致細胞損傷甚至死亡。現(xiàn)有的處理方法受到處理效率、處理通量、細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胞損傷,使細胞在每一階段滲透壓變化后有時間適應(yīng)環(huán)境變化,同時通過灌注液往細胞懸浮液的單向傳質(zhì)避免微濾膜污染。基于此思路本文設(shè)計了序列化灌注式芯片,通過特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)階段性地改變細胞懸浮液中的CPA濃度。通過這種芯片減少因滲透壓失衡造成的細胞損傷同時高效的完成CPA添加/去除。本文進行的主要工作有:（1）提出序列化灌注式微流控芯片的方案原理,對灌注液往細胞懸浮液的單向灌注進行理論推導(dǎo)。根據(jù)添加/去除CPA前后的細胞懸浮液滲透壓變化設(shè)計階段性的灌注過程,在理論模型基礎(chǔ)上設(shè)計芯片結(jié)構(gòu),設(shè)計“膜窗”實現(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,進行裝置級仿真得出灌注液向細胞懸浮液跨膜傳質(zhì)的灌注序列。通過灌注序列計算流道內(nèi)CPA濃度分布,從而進行細胞級仿真計... 

【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)的擴散原理，利用濃度差作為物質(zhì)傳遞的驅(qū)動力，主要的發(fā)展方向是提升層流間接觸面積提升擴散效率，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)擴散原理本身也限制了擴散效率的提升，因為要實現(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，也會導(dǎo)致細胞損傷，這些因素共同限制了基于擴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，這種方法同時擁有了膜分離法與微流控方法的優(yōu)點，利用膜分離細胞懸浮液與置換液，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)動的方式提升溶質(zhì)跨膜傳輸?shù)男省Ｈ鐖D1-4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，以兩條逆向流動的層流，使得兩側(cè)有相對壓力差與濃度差，在一塊微流控芯片內(nèi)同時完成“稀釋-過濾”，并設(shè)計了相應(yīng)的傳質(zhì)實驗與細胞驗證實驗，得到了添加過程中較理想的細胞回收率[39]。但是由于流道內(nèi)壓力變化，細胞懸浮液在過濾濃縮階段因為壓力變化后向置換液側(cè)流動，容易造成細胞堵塞微孔濾膜，在去除CPA時不能得到理想結(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)有低溫保護劑處理方法，離心法具有操作簡單的優(yōu)點，卻是一個勞動密集型的方法，需要消耗較大的人工與時間，盡管有了自動化的解決方案，但是仍然避免不了本身的機械損傷、細胞污染等缺點。而膜分離法可以避免細胞污染，可以更高效的處理細胞懸浮液，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較大的細胞懸浮液。此外，一次性中空纖維管的價格也是一個大規(guī)模使用的限制因素。而基于擴散原理的微流控方法，利用層流間接觸面因溶質(zhì)濃度差的自主擴散進行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，基于膜式微流控的超濾法處理低溫保護劑處理技術(shù)也有所嘗試[39,42,43]，但是也會出現(xiàn)如細胞堵塞微孔濾膜的現(xiàn)象，降低處理效率也會導(dǎo)致細胞存活率下降。總結(jié)以上不同方法的優(yōu)缺點，本文期望設(shè)計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胞對象處理要求，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)致的細胞損傷，有良好的細胞存活率與CPA去除率的處理方法。1.3本文的主要貢獻與創(chuàng)新本文的主要貢獻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)計形成灌注液側(cè)往細胞懸浮液側(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胞外滲透壓連續(xù)變化導(dǎo)致細胞損傷，使細胞在胞外?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]透析法去除紅細胞滲透性低溫保護劑的實驗研究[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. 2008(01)

博士論文
[1]低溫保護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：3514466