一種微流控單細(xì)胞捕獲及生化信號(hào)加載裝置.pdf

1、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(cè)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(jiǎn)單、成本低廉，且易形成陣列結(jié)構(gòu)來(lái)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

2、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(zhǎng)時(shí)間觀察、檢測(cè)和分析;盡管可以通過(guò)外加反饋控制系統(tǒng)來(lái)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(jiǎn)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)

3、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(cè)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(guò)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(chǎng)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

4、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)一步利用注射器和可編程注射泵，通過(guò)軟件編程來(lái)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(zhǎng)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)