微流控濃度梯度芯片及應(yīng)用.pdf

1、化學(xué)濃度梯度在生命活動(dòng)中發(fā)揮著極為重要的作用，模擬生物體內(nèi)濃度梯度的微環(huán)境對生物醫(yī)學(xué)研究具有重要的科學(xué)意義；濃度梯度技術(shù)還是科學(xué)研究中優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件的常用手段，常被用于藥物篩選、免疫分析、細(xì)胞刺激等領(lǐng)域。微流控芯片具有微型化、自動(dòng)化、高通量等優(yōu)點(diǎn)，而且易于調(diào)整和精確控制，因此在濃度梯度研究上發(fā)揮著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
　　本文以微流控芯片為平臺，針對多數(shù)芯片只能形成單一濃度梯度、濃度梯度生成過程產(chǎn)生較大剪切力、濃度梯度生成需要較復(fù)雜的外

2、接裝置等問題，設(shè)計(jì)了三種新型微流控濃度梯度芯片，并將其用于酶反應(yīng)和細(xì)胞研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）設(shè)計(jì)了一種平移型的微流控滑移芯片裝置并用于雙濃度梯度研究。該裝置包含上下兩塊相同的PDMS-玻璃雜合芯片和一個(gè)芯片夾，兩塊芯片在芯片夾的固定下共同組成該雙濃度梯度平臺。兩種樣品分別通過上下層芯片進(jìn)樣，能同時(shí)在不同平面上各自形成濃度梯度；然后再將兩塊芯片在芯片夾的滑道中進(jìn)行滑動(dòng)，使得兩塊芯片上不同類別的試劑得以接觸、混合并

3、反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)多路雙濃度梯度反應(yīng)。我們在用計(jì)算流體力學(xué)模擬濃度梯度形成效果的基礎(chǔ)上，用色素和熒光素對系統(tǒng)進(jìn)行了表征，確認(rèn)了該方法的可靠性，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了β-半乳糖苷酶反應(yīng)條件的優(yōu)化分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能有效生成穩(wěn)定可靠的雙濃度梯度，并具有結(jié)構(gòu)簡單、低消耗等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于多因素的復(fù)雜反應(yīng)分析。
　　（2）建立了一種旋轉(zhuǎn)型的微流控滑移芯片并用于雙濃度梯度研究。該滑移芯片通過中心螺絲將兩塊不同的PDMS-玻璃雜合芯片連接起來，而

4、無需借助芯片夾。該芯片可以同時(shí)在不同平面上穩(wěn)定且獨(dú)立地生成不同樣品的濃度梯度，并能通過簡單的旋轉(zhuǎn)操作將兩種濃度梯度樣品混合反應(yīng)，從而便捷地實(shí)現(xiàn)雙濃度梯度研究。我們用色素、熒光素和磺酰羅丹明B對該雙濃度梯度發(fā)生器進(jìn)行了表征，確認(rèn)了該方法的可靠性，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了β-半乳糖苷酶反應(yīng)條件的優(yōu)化測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該芯片能穩(wěn)定地生成雙濃度梯度，且操作更加簡單方便，適用于各種多因素多水平的復(fù)雜反應(yīng)。
　　（3）發(fā)展了一種無剪切力無泵的微流控芯

5、片并用于濃度梯度研究。這種芯片無需借助外圍設(shè)備如流體泵，通過液體靜壓力驅(qū)動(dòng)流體便可形成濃度梯度；通過調(diào)節(jié)相應(yīng)芯片通道的長度比例可生成任意濃度梯度以滿足特定研究需要；靜壓驅(qū)動(dòng)的低流速可以確保芯片內(nèi)極低的剪切力，有效保護(hù)細(xì)胞不受剪切力損傷害。我們在該芯片中對NIH-3T3細(xì)胞進(jìn)行了5天的長時(shí)間培養(yǎng)，并將芯片應(yīng)用于基于細(xì)胞的高通量適應(yīng)性細(xì)胞保護(hù)作用分析。結(jié)果表明，該無泵微流控梯度芯片可以產(chǎn)生任何滿意的具有穩(wěn)定和超低剪切力特性的濃度梯度，既能用