集單細(xì)胞捕獲、陣列化和分析等多種功能為一體的微流控芯片已然成為單細(xì)胞研究強(qiáng)有力的工具。然而目前關(guān)于這樣一體化的芯片開發(fā)較少,在芯片上實現(xiàn)快速免疫染色的方法也未見報道。針對單細(xì)胞分析的需求,我們開發(fā)了一種集單細(xì)胞分離、排布及快速染色為一體的微流控裝置。首先設(shè)計了一種新型的鯨須狀單細(xì)胞捕獲結(jié)構(gòu)�；趥�(cè)向流,該結(jié)構(gòu)中流速分布均勻,能夠?qū)崿F(xiàn)快速捕獲,降低堵塞的可能性。然后對側(cè)管道的寬度和結(jié)構(gòu)的深度進(jìn)行了優(yōu)化,使其流場分布更加均勻。最后利用微珠和細(xì)胞對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗證,發(fā)現(xiàn)鯨須狀結(jié)構(gòu)能夠高效且快速地完成單細(xì)胞捕獲(~92.7%)和回收(~99%),并且在芯片上形成了分布均勻的單粒子(細(xì)胞)微陣列。同時提出了一種類似于RC振蕩電路的新型的片上振蕩方法。其設(shè)計簡單,僅需要一個密閉的毛細(xì)管和一個產(chǎn)生周期性方波的壓力源,基于氣泡的壓縮性,即可實現(xiàn)微尺度下微量液體的快速混合。通過理論分析和實驗驗證探索了振蕩機(jī)制,發(fā)現(xiàn)了通過調(diào)整毛細(xì)管的長度即可靈活調(diào)節(jié)振蕩表現(xiàn)。最后利用熒光素鈉混合實驗驗證了振蕩極大提高了混合效率,在外界壓力P_(push)ush 0.03MPa,頻率f 1Hz,毛細(xì)管長度L4cm的條件下,混合的時間僅僅為大約14s。基于前述的鯨須狀結(jié)構(gòu)和新型振蕩方法,我們開發(fā)了一種可快速完成單細(xì)胞分離、排布及片上快速免疫染色的微流控技術(shù)。利用粒子模型重點對比了傳統(tǒng)的兩種染色方法(靜態(tài)染色和流動染色)與振蕩染色的效率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)振蕩染色顯示出了明顯的優(yōu)勢,時間花費(fèi)少(5min)且試劑消耗少(2μL),并且在振蕩過程中粒子的位置保持不變,便于即時觀察。然后利用Caco-2細(xì)胞模型驗證了整體芯片的細(xì)胞分離、排布及快速染色的可行性。本文介紹了一種簡單、靈活且高效的微流控裝置,成功地實現(xiàn)了快速且高效的單細(xì)胞捕獲和釋放,并且利用振蕩染色的方法將片上免疫染色的效率大大提高。本研究為單細(xì)胞研究提供了一種新的方法和思路。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R318
【部分圖文】：

圖 1- 1 基于流體力的 U 型單細(xì)胞捕獲芯片F(xiàn)ig. 1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic force的 U 型結(jié)構(gòu)流阻大，容易造成芯片內(nèi)高壓，不利于細(xì)胞捕獲和性，因此有些研究在 U 型結(jié)構(gòu)底部設(shè)計一個微小空隙，結(jié)構(gòu)改捕獲結(jié)構(gòu)中流過，降低了細(xì)胞承受的剪切力，減少了對細(xì)胞的損對壓力比較敏感的細(xì)胞。如 Benavente 等人[31]設(shè)計的類 U 型結(jié)片。有些研究者將 U 型結(jié)構(gòu)設(shè)計成特定結(jié)構(gòu)的微通道，如 Yesi 型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上研制出一種基于流體力的高通量單細(xì)胞捕獲和1-2 所示，每個捕獲結(jié)構(gòu)設(shè)有一開口，可以讓液體從中流過從而細(xì)胞承受的機(jī)械力，盡可能地保持其活性，通過這種設(shè)計將捕%，并且進(jìn)樣過程非常迅速，400 個捕獲結(jié)構(gòu)在 1-4 分鐘就可以被

圖 1- 1 基于流體力的 U 型單細(xì)胞捕獲芯片1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic fo 型結(jié)構(gòu)流阻大，容易造成芯片內(nèi)高壓，不利于細(xì)胞捕因此有些研究在 U 型結(jié)構(gòu)底部設(shè)計一個微小空隙，結(jié)結(jié)構(gòu)中流過，降低了細(xì)胞承受的剪切力，減少了對細(xì)胞力比較敏感的細(xì)胞。如 Benavente 等人[31]設(shè)計的類 U有些研究者將 U 型結(jié)構(gòu)設(shè)計成特定結(jié)構(gòu)的微通道，如構(gòu)的基礎(chǔ)上研制出一種基于流體力的高通量單細(xì)胞捕示，每個捕獲結(jié)構(gòu)設(shè)有一開口，可以讓液體從中流過承受的機(jī)械力，盡可能地保持其活性，通過這種設(shè)計且進(jìn)樣過程非常迅速，400 個捕獲結(jié)構(gòu)在 1-4 分鐘就可

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文細(xì)胞會從空隙中漏出芯片而造成損失，捕獲效阻分配的捕獲型結(jié)構(gòu)中流出通道和主流道平行，基于流阻分配用各個方向流阻大小的不同，從而捕獲細(xì)胞，并度。基于此原理， Jin 等人[33]設(shè)計了一種單細(xì)胞捕獲結(jié)構(gòu)由成對的正 T 和倒 T 結(jié)構(gòu)相互交錯而成每個旁路通道 1 的一端設(shè)計為捕獲結(jié)構(gòu)。由于主主通道的流阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旁路通道，當(dāng)細(xì)胞懸液流的旁路通道從而被捕獲。當(dāng)旁路通道捕獲細(xì)胞后其余的液體更易從主通道流出，進(jìn)入下一個捕獲交錯的 T 型結(jié)構(gòu)節(jié)省了空間，提高了單位面積內(nèi)獲結(jié)構(gòu)中超過 90%捕獲了單個細(xì)胞，捕獲效率較
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙世坤;集成微流體振蕩器的大范圍梯度稀釋芯片的構(gòu)建及其在生物學(xué)中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2017年

本文編號：2857901