本文關(guān)鍵詞： 微流控芯片 磁分離 腫瘤細(xì)胞 捕獲 釋放　出處：《武漢大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：微流控芯片技術(shù)是以傳統(tǒng)微加工工藝為基礎(chǔ),通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能集成,將生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一系列基本操作,如樣品的制備、進(jìn)樣、反應(yīng)、分離與檢測(cè)等,微型化到一塊只有硬幣大小的由聚合物或玻璃材料制備而成的芯片上。與傳統(tǒng)的操作技術(shù)相比,微流控芯片具有試劑消耗少,反應(yīng)速度快、總體通量高、制備成本低、流動(dòng)性可控等優(yōu)勢(shì),擁有廣泛的應(yīng)用前景。本論文正是基于微流控芯片技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn),將傳統(tǒng)的磁分離技術(shù)與微流控芯片技術(shù)相結(jié)合,以軟光刻工藝為基礎(chǔ),以微流控磁分離芯片為操作平臺(tái),以腫瘤細(xì)胞的捕獲與釋放為研究切入點(diǎn),以磁珠的制備與表面改性,魚(yú)骨結(jié)構(gòu)微通道與微鎳柱陣列的集成為核心技術(shù),開(kāi)展了針對(duì)血液樣本中腫瘤細(xì)胞的捕獲研究。與已存在的技術(shù)相比,我們的微流控磁分離芯片不僅可以做到腫瘤細(xì)胞的高效捕獲,還能實(shí)現(xiàn)捕獲的腫瘤細(xì)胞從芯片上的可控釋放,以及細(xì)胞-磁珠間的進(jìn)一步分離,為循環(huán)腫瘤細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)中的研究提供了新的機(jī)會(huì)與可能。在此,將本論文主要內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明：首先,概括性得闡述微流控芯片的起源與發(fā)展。接著介紹了微流控芯片所涉及到的流體理論知識(shí)與有限元仿真分析。然后重點(diǎn)介紹了微流控芯片中的幾種代表性技術(shù),即微液滴技術(shù),微混合技術(shù)以及微分離技術(shù),其中重點(diǎn)在微分離技術(shù)中以細(xì)胞分離為例具體討論。在本章的最后,以微流控芯片在腫瘤細(xì)胞捕獲中的應(yīng)用為切入點(diǎn),對(duì)本論文的選題背景、課題設(shè)計(jì)與研究目標(biāo)進(jìn)行概括性的說(shuō)明。然后,我們選取了水熱法作為磁珠的制備方法,并對(duì)制備好的磁珠顆粒的粒徑,表面形貌,晶體結(jié)構(gòu)以及磁化強(qiáng)度進(jìn)行了表征。接著,利用溶液混合的方法將磁珠的表面包被了多層氧化石墨烯,并利用氧化石墨烯表面的功能基團(tuán)進(jìn)行了生物抗體的偶聯(lián)。在微流控芯片的制備方面,首先介紹了常用的芯片制備材料與軟光刻工藝。然后以磁性雙色球芯片和磁分離芯片為兩個(gè)具體案例,詳細(xì)介紹了微流控芯片的制備過(guò)程以及基于有限元分析軟件對(duì)芯片的功能驗(yàn)證。磁性雙色球芯片利用兩塊傳統(tǒng)的單溝道芯片進(jìn)行鍵合,形成了復(fù)合微通道結(jié)構(gòu)。利用這種復(fù)合的微通道結(jié)構(gòu),我們制備出了碟形的磁性雙色球。磁分離芯片主要分為兩個(gè)部分：聚合物微通道芯片與電鍍有微鎳柱陣列的玻璃基底,以不同的微通道結(jié)構(gòu)與玻璃基底鍵合,我們制備了兩種類(lèi)型的磁分離芯片：平溝道磁分離芯片和魚(yú)骨結(jié)構(gòu)磁分離芯片。進(jìn)一步,利用平溝道磁分離芯片對(duì)結(jié)直腸癌細(xì)胞的捕獲研究。首先將功能化的磁珠固定在芯片中的微鎳柱上,形成一個(gè)由微鎳柱陣列構(gòu)成的捕獲區(qū)。當(dāng)流經(jīng)的流體中的目標(biāo)靶細(xì)胞與微鎳柱接觸作用,就會(huì)通過(guò)抗原-抗體反應(yīng)而被捕獲到柱子上。接下來(lái),我們用細(xì)胞懸浮液對(duì)芯片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,再通過(guò)人造的模擬血液樣本,對(duì)平溝道磁分離芯片的捕獲效率進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,我們的平溝道磁分離芯片對(duì)模擬血液樣本中的腫瘤細(xì)胞取得了-40%的捕獲效率。與此前報(bào)道過(guò)的方法不同的是,我們的平溝道磁分離芯片不僅能夠捕獲腫瘤細(xì)胞;還能通過(guò)磁操控的手段,便捷地實(shí)現(xiàn)捕獲細(xì)胞從芯片上的可控釋放,釋放效率超過(guò)90%,并且釋放下來(lái)的細(xì)胞存活率為78%,方便了后續(xù)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行的下游分析。在前一個(gè)工作的基礎(chǔ)上,利用魚(yú)骨結(jié)構(gòu)磁分離芯片對(duì)肝癌細(xì)胞的高純度捕獲與釋放研究。通過(guò)引入具有魚(yú)骨結(jié)構(gòu)的微通道,以及與抗體具有相同特異性識(shí)別能力的核酸適配子；實(shí)現(xiàn)了對(duì)血液中肝癌細(xì)胞的高純度捕獲與釋放,以及磁珠與細(xì)胞的進(jìn)一步分離。具有魚(yú)骨結(jié)構(gòu)的聚合物微通道增強(qiáng)了目標(biāo)靶細(xì)胞與微鎳柱之間的接觸,從而提升了捕獲效率與芯片的整體通量；而核酸適配子則可以被核酸酶降解,從而實(shí)現(xiàn)磁珠與細(xì)胞的分離,后續(xù)的細(xì)胞再培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和核酸擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)突出了細(xì)胞-磁珠分離的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,這種魚(yú)骨結(jié)構(gòu)磁分離芯片取得了-68%的回收效率與～61%的回收純度。最后,博士階段的工作總結(jié)與展望�？偨Y(jié)博士期間的工作,從磁珠的合成與功能化,芯片的制備與仿真,腫瘤細(xì)胞的捕獲與釋放進(jìn)行三方面闡述。然后,主要針對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的單細(xì)胞捕獲與分析進(jìn)行未來(lái)工作的展望。
[Abstract]:The micro - fluidic chip technology is based on the traditional micro - fluidic chip technology , and the micro - fluidic chip has the advantages of less reagent consumption , high reaction speed , high total flux , low preparation cost , controllable flow and the like . The invention discloses a magnetic separation chip with a fish bone structure , which is characterized by comprising two parts : a polymer micro - channel chip and a glass substrate plated with a micro - nickel column array ;

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R730.2

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本文編號(hào)：1505766