基于微流控芯片的自动化单线虫培养与检测关键技术研究
发布时间：2021-06-25 02:49
随着中国登月、登火及中国空间站等工程的开展,航天员长期在轨和深空探测的辐射损伤机理研究及风险评估预警将面临新的挑战,开展在轨辐射生物学研究的需求日益迫切。模式生物秀丽隐杆线虫已多次用于空间辐射生物学研究,但已有的线虫空间生物学实验,如研究微重力对线虫生长和发育的影响、空间飞行对线虫突变率的影响、短期飞行后线虫部分蛋白表达变化等,具有很多亟待解决的问题,包括无法实现自动化培养和控制、不能实现基于单线虫水平的研究、没有实现在轨监测线虫运动和体长体宽变化等。本课题面向在轨线虫空间辐射生物学研究的需求,开展了基于微流控芯片的自动化单线虫培养与检测关键技术研究,通过攻克微流控芯片上线虫样品进样与分离技术、单线虫自动控制和检测技术,实现微流控芯片上单线虫并行分离、可逆捕获和释放、隔夜培养以及阵列检测。本课题实验方法及主要研究结果如下:（1）提出了基于离心微流控技术的线虫分离分析方法,设计了含有多个线虫分析单元的圆盘式微流控芯片,研制并采用了含有单个分析单元的芯片,其中含有16条单线虫分析通道,考察了基于离心力驱动的线虫进样与分离条件,结果表明,该方法具有可行性,同时获得了初步实验数据;在含有单个线...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?２圆盘式线虫分析微流控芯片（左）和单个线虫分析单元结构示意图（右）??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｉ＇ａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｋ－ｌｉｋｅ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｏｎｅ?ｓｉｎｇｌｅ?ｎｅｍａｔｏｄｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｕｎｉｔ??ｒｉｈ
?基于微流控芯片的自动化单线虫培养与检测关键技术研究???线虫芯片的进样结构由一个储液池和一个分液通道结构连接而成，有时会发生线虫??堵塞分液通道而导致后续线虫无法进入的情况，影响最终线虫分离结果。为考察分液通??道结构的影响，在ＰＤＭＳ芯片加工时，选择在分液结构的不同连接位置打孔，可将线虫??分析通道进行分组，有三种不同情况（图２．４Ａ）：?—是未分组（未在分液结构处打孔，??含有１６个分析通道），二是分两组（每组含有８个分析通道，外置两个储液池，分别??连通两组分析通道），Ｈ是分四组（每组含有４个分析通道，外置四个储液池，分别连??通四组分析通道）。因ＳＵ－８芯片模板损坏，本实验所用芯片上有效的线虫分析通道数??为１２个，所用线虫样品数量为有效通道数的４？５倍，所用芯片转速为ｌＯＯｒｐｍ?（转／分??钟），考察了三种分组的芯片在不同离心时间（２、４、６、８、１０?ｍｉｎ）下线虫分离结果，??所得含线虫和含单线虫的培养池数量分别见图２．４?（Ｂ）和（Ｃ）。??斷丨邏??Ｂ）１２］?□順嫌ｎ?Ｃ）１２￣］ｊ￣右分ｍ??Ｇ□通逆分两ｍ?［￣１通逝分两组??１０＂?＿通道分四ｍ?＾?１〇－?＿分叫纽??＜３?８＿??？?ｎ?Ｉ??１６－?ｉ?ｉ６－??崖??２４６８?１０?２４６８?１０??离心时间（ｍｉｎ）?离心时间（ｍｉｎ）??图２．?４线虫分析通道分组和离心时间对线虫在离心芯片上分离的影响??（Ａ．线虫分析通道分组情况。Ｂ．含线虫的培养池数量统计。Ｃ．含单线虫的培养池数统计）??Ｆｉｇ．?２．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｇｒｏｕｐｉｎｇ?ｏｆ?ｎｅｍａｔｏｄｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｃｈａｎ
大连海事大学硕士学位论文??Ａ）?低密度（３－５倍）?中密度（７－９倍）高密度（１１－１３倍）??＾??．??＇?ＣＭ??＾￣ｒ＼?Ｖ—??巳）?一条线虫?两条线虫?三条线虫??图２．?７不同条件下芯片分液通道和培养池中的线虫??（Ａ．分液通道内的线虫。Ｂ．培养池内的线虫）??Ｆｉｇ．?２．７?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ?ａｎｄ?ｃｕｌｔｕｒｅｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈｉｐｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??（Ａ．?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ．?Ｂ．?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｃｕｌｔｕｒｅ?ｃｈａｍｂｅｒ．）??２．?３基于手动取样与直接进样方法的可行性验证??在初步考察了基于离心微流控技术的线虫进样与分离方法之后，对己有的离心芯片??结构进行了改进，采取单个线虫分析通道对应单独加样孔的设计，以验证单线虫手动取??样和直接进样方法的可行性，为后续相关研究提供新的芯片设计思路。??用于单线虫直接进样的离心芯片结构示意图和实物图如图２．８所示。在前述扇形芯??片结构的基础上，将分液通道封闭，同时在各个线虫分析通道与分液通道连接处打孔，??加样孔为直径１?ｍｍ，适合采用移液器直接加样。??ｎ?ｕ，?、＞??分液臟??图２．?８用于单线虫直接进样的离心芯片结构示意图（左）和实物图（右）??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｐｉｃｔｕｒｅ?（ｒｉｇｈｔ）?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?ｆｏｒ?ｄｉｒｅｃｔ?ｌｏａｄｉｎｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间生物学中应用秀丽隐杆线虫的研究进展[J]. 高英,徐丹,孙野青. 载人航天. 2013(06)
[2]Analysis of Caenorhabditis elegans in microfluidic devices[J]. WEN Hui & QIN JianHua Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China. Science China（Chemistry）. 2012(04)
[3]国际空间站上的空间生命科学研究与进展[J]. 李辉,余志斌. 航天医学与医学工程. 2008(05)
硕士论文
[1]基于微流控芯片的秀丽隐杆线虫趋化性研究新方法[D]. 叶锦娟.华中科技大学 2012
本文编号：3248338
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?２圆盘式线虫分析微流控芯片（左）和单个线虫分析单元结构示意图（右）??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｉ＇ａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｋ－ｌｉｋｅ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｏｎｅ?ｓｉｎｇｌｅ?ｎｅｍａｔｏｄｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｕｎｉｔ??ｒｉｈ
?基于微流控芯片的自动化单线虫培养与检测关键技术研究???线虫芯片的进样结构由一个储液池和一个分液通道结构连接而成，有时会发生线虫??堵塞分液通道而导致后续线虫无法进入的情况，影响最终线虫分离结果。为考察分液通??道结构的影响，在ＰＤＭＳ芯片加工时，选择在分液结构的不同连接位置打孔，可将线虫??分析通道进行分组，有三种不同情况（图２．４Ａ）：?—是未分组（未在分液结构处打孔，??含有１６个分析通道），二是分两组（每组含有８个分析通道，外置两个储液池，分别??连通两组分析通道），Ｈ是分四组（每组含有４个分析通道，外置四个储液池，分别连??通四组分析通道）。因ＳＵ－８芯片模板损坏，本实验所用芯片上有效的线虫分析通道数??为１２个，所用线虫样品数量为有效通道数的４？５倍，所用芯片转速为ｌＯＯｒｐｍ?（转／分??钟），考察了三种分组的芯片在不同离心时间（２、４、６、８、１０?ｍｉｎ）下线虫分离结果，??所得含线虫和含单线虫的培养池数量分别见图２．４?（Ｂ）和（Ｃ）。??斷丨邏??Ｂ）１２］?□順嫌ｎ?Ｃ）１２￣］ｊ￣右分ｍ??Ｇ□通逆分两ｍ?［￣１通逝分两组??１０＂?＿通道分四ｍ?＾?１〇－?＿分叫纽??＜３?８＿??？?ｎ?Ｉ??１６－?ｉ?ｉ６－??崖??２４６８?１０?２４６８?１０??离心时间（ｍｉｎ）?离心时间（ｍｉｎ）??图２．?４线虫分析通道分组和离心时间对线虫在离心芯片上分离的影响??（Ａ．线虫分析通道分组情况。Ｂ．含线虫的培养池数量统计。Ｃ．含单线虫的培养池数统计）??Ｆｉｇ．?２．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｇｒｏｕｐｉｎｇ?ｏｆ?ｎｅｍａｔｏｄｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｃｈａｎ
大连海事大学硕士学位论文??Ａ）?低密度（３－５倍）?中密度（７－９倍）高密度（１１－１３倍）??＾??．??＇?ＣＭ??＾￣ｒ＼?Ｖ—??巳）?一条线虫?两条线虫?三条线虫??图２．?７不同条件下芯片分液通道和培养池中的线虫??（Ａ．分液通道内的线虫。Ｂ．培养池内的线虫）??Ｆｉｇ．?２．７?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ?ａｎｄ?ｃｕｌｔｕｒｅｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｈｉｐｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??（Ａ．?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ?ｃｈａｎｎｅｌ．?Ｂ．?Ｎｅｍａｔｏｄｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｃｕｌｔｕｒｅ?ｃｈａｍｂｅｒ．）??２．?３基于手动取样与直接进样方法的可行性验证??在初步考察了基于离心微流控技术的线虫进样与分离方法之后，对己有的离心芯片??结构进行了改进，采取单个线虫分析通道对应单独加样孔的设计，以验证单线虫手动取??样和直接进样方法的可行性，为后续相关研究提供新的芯片设计思路。??用于单线虫直接进样的离心芯片结构示意图和实物图如图２．８所示。在前述扇形芯??片结构的基础上，将分液通道封闭，同时在各个线虫分析通道与分液通道连接处打孔，??加样孔为直径１?ｍｍ，适合采用移液器直接加样。??ｎ?ｕ，?、＞??分液臟??图２．?８用于单线虫直接进样的离心芯片结构示意图（左）和实物图（右）??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ｐｉｃｔｕｒｅ?（ｒｉｇｈｔ）?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｃｈｉｐ?ｆｏｒ?ｄｉｒｅｃｔ?ｌｏａｄｉｎｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间生物学中应用秀丽隐杆线虫的研究进展[J]. 高英,徐丹,孙野青. 载人航天. 2013(06)
[2]Analysis of Caenorhabditis elegans in microfluidic devices[J]. WEN Hui & QIN JianHua Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China. Science China（Chemistry）. 2012(04)
[3]国际空间站上的空间生命科学研究与进展[J]. 李辉,余志斌. 航天医学与医学工程. 2008(05)
硕士论文
[1]基于微流控芯片的秀丽隐杆线虫趋化性研究新方法[D]. 叶锦娟.华中科技大学 2012
本文编号：3248338
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