基于软惯性力的Jakobid鞭毛虫高纯度、高活性分离研究

发布时间：2020-06-30 10:58

【摘要】：细胞分离是实验室微生物(含菌)培养和环境样本能实现精确分析的关键性限制因素之一。尽管如今许多相关技术已经开发出来,如何在高通量的情况下获得高纯度和高活性的目标细胞仍然是一大挑战。在过去的几十年里,基于水动力的微流控平台凭借其在细胞处理中展现的高效率、稳定的性能和廉价的成本吸引了人们的广泛关注。由于Jakobid鞭毛虫的线粒体特有类似细菌的DNA,获得有高纯度和高活性Jakobid鞭毛虫是研究真核细胞细胞器进化史的有效途径。因此,本研究提出一种微流控分离芯片,可将以细菌为食的Jakobid鞭毛虫从活细菌中分离出来。本研究使用了一种高速状态下的低黏度鞘流和一种低速状态下的高黏度鞘流。在基于软惯性力的分离芯片中,样本流在汇交区被两股鞘流包裹后继续运动。通过使用这种方法,微通道中能产生非常陡的剪切梯度,该梯度有利于大尺寸的细胞从样本流中偏移出来。同时,容易受困于样本流的小尺寸的细胞将跟随最初的流线继续运动。在构建了仿真模型为实验提供参考后,对混合荧光微粒(大小微流的直径分别为1.0μm和9.9μm)进行的分离实验验证了该分离芯片的实用性。然后,在对流速、黏度、芯片设计等实验条件进行优化后,成功将Jakobid细胞分离出来。由统计结果知,超过98%的细菌可以被成功去除,并且收集的到的Jakobid细胞表现出很高的活性。在对比一些使用传统常用的分离方法得到的结果后,该芯片将分离效率提高了40%多,而且得到的目标细胞更具有生命活力。因此,本研究中提出的芯片实现了对形状不规则且脆弱敏感的生物细胞高纯度和高活性的分离操作。该方法可以进一步被应用于更广泛的对象和领域,如疾病诊断、环境微生物样本的分析等。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q813
【图文】：

流式细胞仪,美国

法、有限稀释法、过滤法、沉淀法，这些方法费时费力，效率低[4]。而于细胞对环境敏感度的分离方法，例如基于 pH 值、温度等方法来说，应用对象有很强的局限性而且环境因素的改变很可能使得这些敏感的细，从而降低收集到的细胞的活性。最近几年应用比较广泛的是流式细仪析和选择的功能，如图 1.1。执行原理是使用特定的光源照射经特异性荧胞，通过分析荧光信号，鉴别出某些亚群。目标单细胞在带有正、负电单层排列，并在经过携带上千伏的偏转板的时候，在高压电场的作用下度上的偏移，最后由特定容器收集，而没有充电的液滴包裹的则视为废液[式细胞仪凭借着快捷、方便、通用的特点受到许多人的亲睐，其自身还足。通用的特点往往使得细胞分离的针对性不强，而且设备的相关参数专业的生物相关背景支撑，否则将直接影响实验结果和检测精度。最大于其高昂的购买成本，复杂的系统和庞大的体积，使得一些检测局限在位和医疗机构。

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图 1.2 微流控芯片对生物样本分离的潜在价值和应用国内外发展概述微流控分析芯片起源于瑞士公司 Ciba-Geigy 的 Manz 和 Widmer 在 199的微全分析系统的概念[10]，然后它们研制出了毛细管电泳微芯片，实现了荧的氨基酸的分离，这极大地促进了微流控接下来的迅速发展。随后，基于微片的分离[11]、 PCR 扩增[12]、酶反应[13]、杂交[14]、混合[15]、检测、分析相继内获得突破（图 1.3）[16]。并且 Forbes 杂志在 2003 年将微流控技术评为影未来 15 件最重要的发明之一。微流控芯片不但相对传统生化实验而言将样、反应实验、分离筛选和检测分析集于一体，还呈现出一种新的多领域新型验平台，这在生物、医药、化学、食品检测等领域都有巨大价值。[17]

【参考文献】