微流控单细胞电阻检测系统的开发与实验研究
发布时间：2023-10-08 17:26
单细胞水平的生物物理特性表征,可有效阐明细胞的基本结构、功能信息及病理状态,揭示细胞间的个体差异性,对于细胞的种类鉴别与癌症等重大疾病的早期诊断等具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级通道,微流控芯片在细胞的微环境控制、运动调控及性能表征等方面具有得天独厚的优势。近年来,微流控已经发展成为一个涉及机械、电子、材料、流体、生物和医学等诸多学科的前沿技术,研究开发基于微流控技术的单细胞物理特性表征方法,有望成为新一代即时检测仪器的关键突破口。在回顾片上单细胞物理特性表征技术的最新研究现状与存在问题的基础上,本文开发了一套便携式的通用电阻抗测量系统,并先后研制出具有不同功能的微型库尔特计数器、阻抗流式细胞仪和微型阻抗分析仪,以期在全血中循环肿瘤细胞的鉴别、计数和状态监测等方面提供一套有益方法,取得下列创新性研究成果:(1)在细胞介电理论与阻抗测量方面:研究建立描述单细胞悬浮液系统介电特性的Maxwell混合模型与等效电路模型,并探索系统介电特性在时域和频率内的严格对应关系。在此基础上,提出一种基于伪随机m序列相关辨识原理获取细胞宽频阻抗谱的新方法,在极短的0.5115 ms内测...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 基于微流控技术的循环肿瘤细胞检测
1.3 微流控技术与单细胞物理特性表征
1.3.1 微流控技术的发展概述
1.3.2 片上单细胞物理特性表征技术的回顾
1.4 微流控单细胞电阻抗检测技术的研究现状
1.4.1 微型库尔特计数器的研究进展
1.4.2 微型阻抗分析仪的研究进展
1.4.3 阻抗流式细胞仪的研究进展
1.5 微流控单细胞电阻抗检测技术的对比总结
1.6 课题立题依据与论文主要研究内容
1.6.1 课题的立题依据
1.6.2 课题的经费来源
1.6.3 论文的主要研究内容和组织结构
第二章 细胞电阻抗检测的基础理论与实验平台
2.1 引言
2.2 细胞电阻抗检测的基础理论
2.2.1 生物细胞的介电特性
2.2.2 单细胞悬浮液系统的Maxwell混合理论
2.2.3 单细胞悬浮液系统的等效电路模型
2.2.4 单细胞悬浮液系统介电特性的时域分析
2.3 微流控单细胞电阻抗检测系统的平台开发
2.3.1 伪随机m序列的基本性能
2.3.2 基于伪随机m序列的电阻抗测量
2.3.3 电阻抗检测系统的硬件组成
2.3.4 电阻抗检测系统的软件程序
2.4 本章小结
第三章 集成惯性聚焦与液体电极传感的微型库尔特计数器
3.1 引言
3.2 微型库尔特计数器的总体功能设计
3.2.1 非对称弯流道惯性聚焦原理
3.2.2 液体电极电信号传感原理
3.3 微型库尔特计数器的实验平台构建
3.3.1 微流控芯片的设计与加工
3.3.2 样品制备与实验操作
3.4 非对称弯流道内的粒子惯性聚焦
3.4.1 惯性预聚焦单元的功能
3.4.2 粒子在非对称弯流道内的惯性聚焦行为
3.5 微型库尔特计数器的性能优化
3.5.1 样品流量的优化
3.5.2 电极腔补充液流量的优化
3.5.3 微型库尔特计数器的性能标定
3.6 微型库尔特计数器在细胞检测中的应用
3.6.1 肿瘤细胞与血细胞的直流阻抗检测
3.6.2 混合细胞样品中肿瘤细胞的鉴别
3.7 本章小结
第四章 集成粘弹性聚焦与宽频阻抗测量的阻抗流式细胞仪
4.1 引言
4.2 阻抗流式细胞仪的总体功能设计
4.2.1 方形直流道粘弹性聚焦原理
4.2.2 宽频电阻抗测量原理
4.3 阻抗流式细胞仪的实验平台构建
4.3.1 微流控芯片加工与样品制备
4.3.2 实验操作与宽频阻抗信号提取
4.4 宽频电阻抗测量系统的测试验证
4.4.1 测试电路设计与系统阻抗理论分析
4.4.2 宽频电阻抗测量系统的验证结果
4.5 方形直流道内的细胞粘弹性聚焦
4.5.1 粘弹性预聚焦的功能
4.5.2 细胞在方形直流道内的粘弹性聚焦行为
4.6 阻抗流式细胞仪的性能表征
4.6.1 阻抗信号分析的最佳频率
4.6.2 流道尺寸对阻抗测量的影响
4.6.3 样品流速对阻抗测量的影响
4.7 阻抗流式细胞仪在细胞检测中的应用
4.7.1 肿瘤细胞与血细胞的交流阻抗检测
4.7.2 混合细胞样品中肿瘤细胞的鉴别
4.7.3 阻抗流式细胞仪的生物兼容性
4.8 本章小结
第五章 集成流体动力学捕获与宽频阻抗测量的微型阻抗分析仪
5.1 引言
5.2 微型阻抗分析仪的总体功能设计
5.2.1 蛇形流道流体动力学捕获原理
5.2.2 细胞宽频阻抗监测原理
5.3 微型阻抗分析仪的实验平台构建
5.3.1 微流控芯片的设计与加工
5.3.2 细胞捕获操作与宽频阻抗监测
5.4 蛇形流道内的细胞流体动力学捕获
5.4.1 流体在蛇形流道内的流速分布
5.4.2 肿瘤细胞在蛇形流道内的捕获结果
5.5 微型阻抗分析仪在细胞状态监测中的应用
5.5.1 捕获肿瘤细胞的宽频阻抗测量
5.5.2 单个肿瘤细胞运动状态的监测
5.5.3 多个肿瘤细胞运动状态的监测
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3852467
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 基于微流控技术的循环肿瘤细胞检测
1.3 微流控技术与单细胞物理特性表征
1.3.1 微流控技术的发展概述
1.3.2 片上单细胞物理特性表征技术的回顾
1.4 微流控单细胞电阻抗检测技术的研究现状
1.4.1 微型库尔特计数器的研究进展
1.4.2 微型阻抗分析仪的研究进展
1.4.3 阻抗流式细胞仪的研究进展
1.5 微流控单细胞电阻抗检测技术的对比总结
1.6 课题立题依据与论文主要研究内容
1.6.1 课题的立题依据
1.6.2 课题的经费来源
1.6.3 论文的主要研究内容和组织结构
第二章 细胞电阻抗检测的基础理论与实验平台
2.1 引言
2.2 细胞电阻抗检测的基础理论
2.2.1 生物细胞的介电特性
2.2.2 单细胞悬浮液系统的Maxwell混合理论
2.2.3 单细胞悬浮液系统的等效电路模型
2.2.4 单细胞悬浮液系统介电特性的时域分析
2.3 微流控单细胞电阻抗检测系统的平台开发
2.3.1 伪随机m序列的基本性能
2.3.2 基于伪随机m序列的电阻抗测量
2.3.3 电阻抗检测系统的硬件组成
2.3.4 电阻抗检测系统的软件程序
2.4 本章小结
第三章 集成惯性聚焦与液体电极传感的微型库尔特计数器
3.1 引言
3.2 微型库尔特计数器的总体功能设计
3.2.1 非对称弯流道惯性聚焦原理
3.2.2 液体电极电信号传感原理
3.3 微型库尔特计数器的实验平台构建
3.3.1 微流控芯片的设计与加工
3.3.2 样品制备与实验操作
3.4 非对称弯流道内的粒子惯性聚焦
3.4.1 惯性预聚焦单元的功能
3.4.2 粒子在非对称弯流道内的惯性聚焦行为
3.5 微型库尔特计数器的性能优化
3.5.1 样品流量的优化
3.5.2 电极腔补充液流量的优化
3.5.3 微型库尔特计数器的性能标定
3.6 微型库尔特计数器在细胞检测中的应用
3.6.1 肿瘤细胞与血细胞的直流阻抗检测
3.6.2 混合细胞样品中肿瘤细胞的鉴别
3.7 本章小结
第四章 集成粘弹性聚焦与宽频阻抗测量的阻抗流式细胞仪
4.1 引言
4.2 阻抗流式细胞仪的总体功能设计
4.2.1 方形直流道粘弹性聚焦原理
4.2.2 宽频电阻抗测量原理
4.3 阻抗流式细胞仪的实验平台构建
4.3.1 微流控芯片加工与样品制备
4.3.2 实验操作与宽频阻抗信号提取
4.4 宽频电阻抗测量系统的测试验证
4.4.1 测试电路设计与系统阻抗理论分析
4.4.2 宽频电阻抗测量系统的验证结果
4.5 方形直流道内的细胞粘弹性聚焦
4.5.1 粘弹性预聚焦的功能
4.5.2 细胞在方形直流道内的粘弹性聚焦行为
4.6 阻抗流式细胞仪的性能表征
4.6.1 阻抗信号分析的最佳频率
4.6.2 流道尺寸对阻抗测量的影响
4.6.3 样品流速对阻抗测量的影响
4.7 阻抗流式细胞仪在细胞检测中的应用
4.7.1 肿瘤细胞与血细胞的交流阻抗检测
4.7.2 混合细胞样品中肿瘤细胞的鉴别
4.7.3 阻抗流式细胞仪的生物兼容性
4.8 本章小结
第五章 集成流体动力学捕获与宽频阻抗测量的微型阻抗分析仪
5.1 引言
5.2 微型阻抗分析仪的总体功能设计
5.2.1 蛇形流道流体动力学捕获原理
5.2.2 细胞宽频阻抗监测原理
5.3 微型阻抗分析仪的实验平台构建
5.3.1 微流控芯片的设计与加工
5.3.2 细胞捕获操作与宽频阻抗监测
5.4 蛇形流道内的细胞流体动力学捕获
5.4.1 流体在蛇形流道内的流速分布
5.4.2 肿瘤细胞在蛇形流道内的捕获结果
5.5 微型阻抗分析仪在细胞状态监测中的应用
5.5.1 捕获肿瘤细胞的宽频阻抗测量
5.5.2 单个肿瘤细胞运动状态的监测
5.5.3 多个肿瘤细胞运动状态的监测
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3852467
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3852467.html
