基于微流控的细胞尺寸分选系统

发布时间：2021-03-25 03:11

　　细胞分选为单细胞研究提供了基础手段,其在生命科学和临床医学研究中具有重要价值。与传统的流式细胞分选方法相比,基于微流控技术的细胞分选具有低成本、快速、多功能模块可以自由组合等优点,现已成为细胞分选领域研究的热点。细胞大小是细胞最基本的物理特性,许多疾病的发生都和细胞大小有关,同时,细胞尺寸也是细胞分类的基本依据,因此基于细胞大小进行细胞分选的微流控技术备受关注。目前,基于流式细胞仪的细胞分选方法很难进行细胞大小的分选,基于微流控芯片的无标记、高通量的细胞分选方法成为迫切的需求。前期已经有部分研究利用迪恩流、侧向流、过滤器等微流控结构进行细胞大小分选,虽然通量较高,但是纯度方面都有所欠缺。本课题利用不同大小的细胞在微通道中产生不同大小的电流脉冲作为判断细胞大小的依据,基于FPGA平台进行判断并执行分选,可以在保证通量50cell/s的同时,获得90.6%的高纯度分选结果。本课题的研究,为基于细胞尺寸的分选提供了一种新的方法。本课题的主要研究内容如下:首先,根据不同大小的细胞在收缩的测量通道道中产生的下降粒子电流脉冲大小不同,以此作为判断目标细胞的依据,设计用于分选的微流控芯片。利用有限元... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

螺旋通道分选装置

1绪论3到迪恩流（DeanFlow）产生的迪恩力的作用实现偏移，迪恩力是由于沿着涡旋通道的横向二次涡流产生的；大细胞主要受到来自于通道壁的升力和流体剪切力梯度产生的升力实现偏移的。Lim等[14]通过设计螺旋微通道利用惯性升力和迪恩力实现了对不同大小的微球和不同大小的癌细胞系进行分选，装置如图1.1所示。图1.1螺旋通道分选装置DiCarlo等[15]设计了一个不对称的弯曲通道，如图1.2所示。研究了对称和不对称的通道几何形状，这些弯曲的通道提供了额外的惯性力，这些惯性力使特定的平衡位置产生偏差，从而在三维空间中产生了具有精确定位连续有序的粒子流。可以实现粒子在通道的横向平面内横向排列，并沿着流向规则的排列。图1.2波浪通道分选装置Wu等[16]设计一个收缩/膨胀的直通道，如图1.3所示，直通道内的膨胀的微结构施加二次流来操纵粒子位置，类似于螺旋通道中的迪恩流，

1绪论4但具有更高的可控性。通过惯性升力和微结构引起的二次流之间的平衡，大的粒子主要受到惯性力作用聚焦在通道的中央位置，小的粒子主要受二次流产生力的影响聚焦在通道边缘的位置。从而在下游实现不同大小的粒子的分眩图1.3收缩/膨胀通道分选装置惯性聚焦的方式的优点可以实现高通量、无标记分选，并且在分选过程中保持细胞的活性；其存在明显的缺点，在分选过程中对流体流速的要求很高、无法精确的区分大小相近的细胞、分选的纯度不高。确定性横向位移（deterministiclateraldisplacement，DLD）通过在通道中设置微柱等障碍物，利用细胞在通道中受流体力和障碍物的影响实现细胞分眩当细胞直径小于流体流线宽度时，细胞会沿着初始流线轨迹移动，当细胞直径大于流线宽度时，细胞会被障碍物阻挡，从而偏移到附近流道中，从而发生了位移偏转。不同大小的细胞咋通道中按照这样的模式流动从而实现基于不同大小的分眩Milica等[17]设计DLD分选芯片，如图1.4所示。根据细胞大小无需任何预处理和标记从新生大鼠组织消化液中分离出心肌细胞。该方法是优点是通量高、无标记、易于操作；存在的缺点有通道易于堵塞、无法精确的区分大小相近的细胞、分选纯度低。


本文编号：3098909