單細(xì)胞捕獲微流控芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其流場(chǎng)研究.pdf

1、單細(xì)胞捕獲微流控芯片具有成本低、高通量、易于制造、集成度高、無毒、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，正日益成為研究生命科學(xué)和藥物分析的重要載體，利用微流控芯片對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行捕獲，是實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞分析、配對(duì)、融合、裂解和胞內(nèi)成分分析的重要前提?；诹黧w動(dòng)力學(xué)方法的流場(chǎng)捕獲，是實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞捕獲的重要手段和方法。
　　在本文中，基于微尺度下的斯托克斯流動(dòng)理論、微阱擾流理論和微尺度下的二維穩(wěn)態(tài)層流模型，對(duì)流場(chǎng)捕獲單細(xì)胞的過程進(jìn)行了階段分析，建立了細(xì)胞與細(xì)胞之間、

2、細(xì)胞與流體之間、細(xì)胞與壁面之間的多耦合力學(xué)模型，對(duì)單細(xì)胞的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析，這為進(jìn)一步研究單細(xì)胞捕獲過程中力和速度的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞的可控性奠定了基礎(chǔ);以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，本文提出了一種研究微流控芯片內(nèi)部流場(chǎng)速度的方法;利用現(xiàn)有設(shè)備和條件，對(duì)單細(xì)胞捕獲實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了初步的探索，了解和熟悉了PDMS微流控芯片的制作工藝;在現(xiàn)有細(xì)胞捕獲微阱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了支柱式、單縫式、雙縫式單細(xì)胞微阱結(jié)構(gòu)，每一種微阱結(jié)構(gòu)的尺寸與捕獲細(xì)胞的尺寸接近一致

3、，原則上僅能夠容納一個(gè)細(xì)胞;結(jié)合有限元分析軟件，對(duì)入口速度、微阱單元結(jié)構(gòu)尺寸和微阱陣列布置等參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)微阱單元流場(chǎng)速度和芯片內(nèi)部捕獲區(qū)域的流場(chǎng)速度、壓力分布進(jìn)行了討論。
　　通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)三種類型、六種結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞捕獲裝置進(jìn)行對(duì)比分析，確定了最合適單細(xì)胞捕獲的微流控芯片裝置為矩形支柱式單細(xì)胞捕獲裝置;通過不同位置截面的流場(chǎng)速度分析，驗(yàn)證了單細(xì)胞捕獲陣列單元的流場(chǎng)具有一致性;通過對(duì)不同位置微阱質(zhì)量流量的分析，得出了不