外泌体分离的流—场流微流控器件研制

发布时间：2020-07-21 08:49

【摘要】：外泌体在20世纪80年代被首次发现后,其一直被研究人员认定为是细胞排泄出的废弃物,但随着对于外泌体深入研究后发现,它在机体免疫应答,抗原提呈,细胞迁移,细胞分化,肿瘤侵袭等方面都具有十分深远的意义。为了更好的研究外泌体,将其从混合杂质中分离出来是必不可少的一步,因此对简单,高效,性价比高的外泌体分离技术的迫切需求正在日益增长。本文设计并加工了一套针对于外泌体与其他蛋白质组分分离的流场流微流控分离器件,从该方法的原理入手,对各研究中的重要参数进行推导,使用多物理场耦合的仿真软件进行仿真分析研究,为之后的实物器件制作以及样品组分的分离提供依据和方法。首先,本文对场流分离的基本概念做出了系统的解释,进而推出流场流分离概念中的关键参数。在仿真过程中,为了得到影响流场流分离的因素,采用归一化研究的方法,分别通过改变通道高度,通道长度,通道宽度,组分粒径等参数,对外泌体与牛血清白蛋白这两种组分的分离效果进行对比与研究。在流场流微流控分离器件制作的过程中,采用基于PDMS的微流控芯片标准加工工艺制作了流场流微流控器件。经仿真研究,修正器件模型参数,完成了外泌体组分与牛血清白蛋白组分的分离。归一化研究结果分析中得到器件的长度增大,各组分的分辨率变大,通过时间减小;器件的高度增大,各组分的分辨率变大,但通过时间保持不变;通道的宽度无论怎么改变,对于各组分的分辨率与通过时间均无较大影响。通过修改组分粒径的大小,各组分间的分辨率非线性减小。本设计的实物器件通过自行加工的方法制作,对其气密性进行了严格的分析,改善了通道流体外溢的情况,使得通道中的流体仅存在于通道中,满足器件密封性的要求。后续研究中将生物样品组分加入分离通道,选择合理的参数进行分离操作,并将其输出结果进行分析,这将对今后外泌体的研究提供帮助。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH79
【图文】：

图 2.1 场流分离的二维原理图先假设在整个通道上建立稳态条件[35]。对于正常模式的 FFF 而味着由于与施加的场的相互作用而导致的朝向积累壁的粒子传扩散而远离壁的传输而精确地平衡。一旦建立了这种平衡，理论是呈现指数关系的，如式 2.3 所示：/0x lc c e c 是距积累壁距离 x 处的颗粒浓度，c0是积累壁上的浓度，l 是由平均层厚度：l D /U 是粒子的扩散系数，U 是外加场所引起的粒子漂移速度。于理论与实际的数学联系具有重要意义的是保留参数 λ，该参数式，如下式 2.5 所示： l / w D /Uw

图 2.2 流场流分离系统坐标系示意图2.2.1 流体的速度分布在分离通道内存在着沿 X 轴相反方向的穿过积累壁流出的横向交叉流动（cross-flow）和沿通道 Z 轴方向的主体流动，下面对通道坐标系中横向交叉流速分布和主体流速分布分别进行介绍。根据图 2.2 可以得知，流体通过入口端进入，并通过出口端和可渗透的积累壁离开。在该理论中，首先需要假设任何点处的横向交叉流速均远远小于平均主体流速，只有这样，才能使得沿通道方向的主体流速呈现抛物线型流动。此外，沿着通道的压降要远小于积累壁上的压降，以确保载液能够均匀的渗透。根据该理论，系统的横向速度分布可以用式 2.14 来表示：2 302 33 21xx xu uw w （2.14）其中 ux 是积累壁上方任意点 x 处的横向交叉流速，u0 是积累壁处的横向交叉流速，w 是通道的厚度，即积累壁与上壁之间的距离。公式中的负号表示沿坐标轴x 的横向交叉流为负方向。

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本文编号：2764190