本文關(guān)鍵詞：基于微流控的多重單細(xì)胞陣列構(gòu)建及應(yīng)用　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái),隨著對(duì)細(xì)胞異質(zhì)性的深入研究,單細(xì)胞分析也成為目前生命科學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。傳統(tǒng)批量試驗(yàn)往往由于對(duì)結(jié)果的平均化處理而忽略同一細(xì)胞群體內(nèi)細(xì)胞間的差異,單細(xì)胞分析則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些被忽略的現(xiàn)象進(jìn)行觀察和研究,有助于發(fā)現(xiàn)來(lái)自于單個(gè)或少數(shù)細(xì)胞的關(guān)鍵信息。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞功能,異質(zhì)性以及細(xì)胞間相互作用在單細(xì)胞水平進(jìn)行快速,便捷和自動(dòng)化平行分析,簡(jiǎn)單可靠的單細(xì)胞分析技術(shù)成為一個(gè)急需研究和解決的問(wèn)題。微流控技術(shù)作為物理,生物,化學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉的產(chǎn)物,在單細(xì)胞分析中具有可對(duì)微小尺度液體及粒子進(jìn)行精確操控,易于操作,集成化和可實(shí)現(xiàn)高通量分析等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),目前已被廣泛應(yīng)用于單細(xì)胞分析領(lǐng)域。本研究以微流控技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合氣動(dòng)微閥陣列和微管道中的可控空氣柱,分別提出了兩種多重單細(xì)胞陣列的構(gòu)建方法,并成功構(gòu)建了包含不同種類細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列,多種樣式的多重單細(xì)胞圖形化陣列和異種單細(xì)胞對(duì)陣列,這兩種方法操作便捷,簡(jiǎn)單可靠,且具有普適性和可擴(kuò)展性,在未來(lái)可以用于高通量單細(xì)胞藥物篩選,組織工程,神經(jīng)元細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和單細(xì)胞水平細(xì)胞間相互作用等方面的研究。本論文具體研究結(jié)果如下:1.本研究將氣動(dòng)微閥陣列與流體動(dòng)力學(xué)單細(xì)胞捕獲位點(diǎn)相結(jié)合,提出了包含不同種類細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列的構(gòu)建方法。通過(guò)驅(qū)動(dòng)壓強(qiáng)的精確控制,氣動(dòng)微閥陣列在流動(dòng)層管道中形成可逆的微壩結(jié)構(gòu),控制不同種類的細(xì)胞被分步捕獲于相應(yīng)的單細(xì)胞捕獲位點(diǎn),形成多重單細(xì)胞陣列。根據(jù)該方法,本研究首先設(shè)計(jì)了一個(gè)集成有兩組氣動(dòng)微閥陣列的微流控芯片,并在完成通用實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化之后成功構(gòu)建了包含兩種細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列。在該芯片中,成功將懸浮生長(zhǎng)的K562細(xì)胞和貼壁生長(zhǎng)的A549細(xì)胞應(yīng)用于多重單細(xì)胞陣列的構(gòu)建,證明了該方法在細(xì)胞種類選擇上的普適性。2.在理論分析和仿真模擬的基礎(chǔ)上,本研究進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一個(gè)集成有四組獨(dú)立控制氣動(dòng)微閥陣列的微流控芯片,并利用所得到的通用實(shí)驗(yàn)條件成功構(gòu)建了包含三種細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列,證明了氣動(dòng)微閥控制多重單細(xì)胞陣列構(gòu)建方法的可擴(kuò)展性。也就是說(shuō),通過(guò)設(shè)計(jì)更復(fù)雜的氣動(dòng)微閥陣列和更多的操作步驟,可以構(gòu)建包含更多種類細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列。最后,所構(gòu)建的多重單細(xì)胞陣列被應(yīng)用于三種細(xì)胞的單細(xì)胞水平酯酶異質(zhì)性分析,結(jié)果表明三種細(xì)胞的酯酶活力不僅在種類之間存在差異,而且在同一種細(xì)胞群體內(nèi)也存在單細(xì)胞水平的差異。3.本研究利用微流控芯片常用制備材料聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)的疏水性和透氣性,提出了一種空氣柱輔助快速便捷構(gòu)建多重單細(xì)胞陣列的微流控方法。通過(guò)控制灌注流速,在所設(shè)計(jì)的不同類型的旁側(cè)管道處完成空氣柱的可控生成與消除,使其發(fā)揮微閥的控制作用。將可控空氣柱與做為單細(xì)胞捕獲位點(diǎn)的旁側(cè)管道相結(jié)合,本研究成功實(shí)現(xiàn)了包含A549細(xì)胞和K562細(xì)胞的多重單細(xì)胞陣列的快速構(gòu)建,證明了該方法在細(xì)胞種類選擇上的普適性。同時(shí)通過(guò)對(duì)陣列中細(xì)胞間距的分析,證明了該多重單細(xì)胞陣列中,細(xì)胞位置是穩(wěn)定可控,且可預(yù)測(cè)的,這將有助于自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理方法的開(kāi)發(fā)。4.利用所提出的空氣柱輔助多重單細(xì)胞陣列構(gòu)建方法,本研究通過(guò)改變主管道寬度,使每?jī)蓚�(gè)相鄰旁側(cè)管道之間距離相等,同時(shí)將兩種類型旁側(cè)管道在芯片內(nèi)的位置進(jìn)行重新排列組合,完成了多種樣式多重單細(xì)胞圖形化陣列的構(gòu)建。進(jìn)一步擴(kuò)展了該方法的應(yīng)用范圍,在組織工程,細(xì)胞間旁分泌通訊和神經(jīng)元細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等方面具有良好的應(yīng)用前景。5.本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)用于快速便捷構(gòu)建異種單細(xì)胞對(duì)陣列的微流控芯片。該芯片以空氣柱輔助多重單細(xì)胞陣列構(gòu)建方法為基礎(chǔ),通過(guò)將兩個(gè)不同類型的旁側(cè)管道整合到一個(gè)細(xì)胞捕獲位點(diǎn)處,在不同灌注流速控制下成功實(shí)現(xiàn)了不同種類細(xì)胞分步被捕獲定位于同一位點(diǎn)處,形成異種單細(xì)胞對(duì)陣列,在未來(lái)可以用于單細(xì)胞水平細(xì)胞間相互作用的研究。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q2-33

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9 李孟春;;集成光纖的微流控電泳芯片制作技術(shù)[J];科學(xué)通報(bào);2007年03期

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