本文關(guān)鍵詞：一種微流控單細(xì)胞捕獲及生化信號(hào)加載裝置，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：細(xì)胞微環(huán)境與細(xì)胞相互作用日益成為細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)離體培養(yǎng)的單細(xì)胞進(jìn)行操控、觀察、檢測是探究細(xì)胞生物學(xué)行為常用的手段。微流控裝置不僅是捕獲、操控離體培養(yǎng)細(xì)胞的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái),也是構(gòu)建用于離體培養(yǎng)細(xì)胞的微環(huán)境的重要實(shí)驗(yàn)工具,在細(xì)胞生物學(xué)研究工作中得到了廣泛使用�，F(xiàn)有的研究多數(shù)利用流體駐點(diǎn)或通道的邊界效應(yīng)對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行捕獲。利用通道的邊界效應(yīng)捕獲單細(xì)胞簡單、成本低廉,且易形成陣列結(jié)構(gòu)來高效捕獲大量單細(xì)胞,但不便于對(duì)捕獲單細(xì)胞定量加載動(dòng)態(tài)生化刺激信號(hào)。另一種利用流體駐點(diǎn)捕獲單細(xì)胞的方法則可以對(duì)捕獲的單細(xì)胞有效地加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào),但因駐點(diǎn)位置不穩(wěn)定使得捕獲不穩(wěn)定,不利于長時(shí)間觀察、檢測和分析；盡管可以通過外加反饋控制系統(tǒng)來增大捕獲的穩(wěn)定性,但需要更多的外部控制裝置,增加了裝置的復(fù)雜性。因此迫切需要一種簡單低價(jià)的、能實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞穩(wěn)定捕獲且便于定量加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的微流控裝置。利用流體力學(xué)原理和微流控技術(shù),結(jié)合通道邊界效應(yīng)與駐點(diǎn)流理論,本文設(shè)計(jì)了一種可用于單細(xì)胞自動(dòng)捕獲并能對(duì)捕獲單細(xì)胞定量加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的微流控裝置。該微流控裝置與可編程注射泵、熒光倒置顯微鏡、計(jì)算機(jī)等組合,構(gòu)成了用于自動(dòng)捕獲單細(xì)胞及加載、檢測和分析動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。一方面,通過數(shù)值方法求解微通道內(nèi)的Navier-Stokes方程和Taylor-Aris彌散方程,分析了捕獲微通道內(nèi)的流場分布及動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸規(guī)律,2D和3D數(shù)值仿真結(jié)果均驗(yàn)證了該微流控裝置捕獲單細(xì)胞和對(duì)被捕獲單細(xì)胞精確加載動(dòng)態(tài)生化刺激信號(hào)的可能性。另一方面,利用可編程注射泵控制注射器,將細(xì)胞懸浮液注入微通道內(nèi),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該微流控裝置捕獲單細(xì)胞的有效性；進(jìn)-步利用注射器和可編程注射泵,通過軟件編程來控制注射泵的流量(流速)變化得到含有動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的刺激溶液,將該刺激溶液注入到微通道內(nèi)對(duì)捕獲單細(xì)胞加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào),實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了該微流控裝置加載動(dòng)態(tài)生化信號(hào)的可行性。本文提供了一種能對(duì)離體培養(yǎng)單細(xì)胞進(jìn)行長期捕獲且便于加載動(dòng)態(tài)生化刺激信號(hào)的微流控裝置,為進(jìn)一步研究微環(huán)境刺激引發(fā)單細(xì)胞動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)而影響單細(xì)胞功能和行為等提供了簡單有效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【關(guān)鍵詞】：微流控 單細(xì)胞捕獲 邊界效應(yīng) 駐點(diǎn)流 動(dòng)態(tài)生化信號(hào) 傳輸特性
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R329.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-15
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本文主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)13
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)13-15
• 2 微通道內(nèi)流體力學(xué)分析15-28
• 2.1 流動(dòng)控制方程15-17
• 2.2 單細(xì)胞捕獲流動(dòng)腔設(shè)計(jì)17-22
• 2.2.1 具有流體駐點(diǎn)的流動(dòng)腔構(gòu)建17-21
• 2.2.2 阻力通道設(shè)計(jì)21-22
• 2.3 流動(dòng)腔內(nèi)Taylor-Aris彌散22-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 3 流場分布與生化信號(hào)傳輸特性數(shù)值仿真28-49
• 3.1 數(shù)值仿真方法29-36
• 3.1.1 2D數(shù)值仿真方法29-32
• 3.1.2 3D數(shù)值仿真方法32-36
• 3.2 流動(dòng)腔內(nèi)流場分布36-41
• 3.2.1 流線與流場36-37
• 3.2.2 壓力分布37-38
• 3.2.3 流速剖面38-41
• 3.3 流動(dòng)腔內(nèi)動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸特性分析41-48
• 3.3.1 2D數(shù)值仿真結(jié)果42-46
• 3.3.2 3D數(shù)值仿真結(jié)果46
• 3.3.3 2D與3D仿真結(jié)果對(duì)比46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 4 單細(xì)胞捕獲與動(dòng)態(tài)生化信號(hào)加載實(shí)驗(yàn)49-70
• 4.1 微流控芯片設(shè)計(jì)與系統(tǒng)搭建49-58
• 4.1.1 微流控芯片設(shè)計(jì)49-50
• 4.1.2 微流控芯片加工制作50-56
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建56-58
• 4.2 單細(xì)胞捕獲58-63
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備58-60
• 4.2.2 系統(tǒng)連接60-61
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-63
• 4.3 動(dòng)態(tài)生化信號(hào)傳輸與加載63-68
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備63-64
• 4.3.2 系統(tǒng)連接64-65
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果65-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 5 討論70-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 附錄A Fluent中UDF代碼78-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

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本文編號(hào)：302735