微流控芯片在细胞分化和细胞间相互作用研究中的应用

发布时间：2017-09-07 09:44

  本文关键词：微流控芯片在细胞分化和细胞间相互作用研究中的应用

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【摘要】：微流控芯片技术因其具有低样品消耗、快速检测分析及高通量等优势,尤其是具有操纵微小体积样品的能力而在与细胞相关的研究领域展现出巨大的应用潜力。本研究论文以微流控技术为基础,结合荧光显微成像及质谱等分析检测技术,开展了一些与细胞分化和细胞-细胞间相互作用相关的研究。本论文首先回顾了微流控技术及微流控芯片与质谱联用技术在细胞分析领域应用的研究进展,发现微流控技术在细胞分化和细胞间相互作用的研究中有着良好的应用前景。随后,我们使用标准软光刻模具复制成型技术、固化剂差量法和聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶水法开发出一种集成聚碳酸酯(PC)多孔膜的微流控芯片装置。我们优化了集成PC多孔膜芯片装置的制作条件,考察了该芯片的跨膜传质能力和与其他芯片装置集成的能力。该芯片装置中使用的PC多孔膜几乎允许所有生化因子的跨膜扩散,这不仅为跨膜细胞培养提供了保证,而且对于模拟细胞所处的微环境也是非常必要的,因为细胞不断从微环境中接受可溶性信号分子的调节。此外,我们将mES细胞培养于上层通道的PC多孔膜上,而将下层通道与由精密注射泵推动的装有培养基的注射器相连,实现了芯片上小鼠胚胎干(m ES)细胞低剪切力条件下的连续流动培养和诱导分化。最后,我们使用集成PC多孔膜的微流控芯片结合高灵敏度的质谱实现了芯片上细胞共培养和细胞代谢产物分析,为理解细胞间相互作用提供了分子层面的化学视野。在集成多孔膜的芯片上,我们模拟了肾上腺在交感神经的作用下分泌肾上腺素的生理过程,使用分化的PC12细胞模拟交感神经,293细胞模拟肾上腺。我们在芯片上优化了PC12细胞的分化条件,实现了分化的PC12细胞和293细胞的共培养并利用纳升-电喷雾-质谱(Nano-ESI-MS)检测到了293细胞分泌的肾上腺素分子。与同类工作相比,本工作在进行细胞代谢产物的质谱分析前无需进行复杂的芯片上样品前处理,极大地减少了样品消耗和分析时间。该芯片装置在疾病监控和药物研发等领域研究重要调控通路中已知和未知的信号因子时有着良好的应用前景。
【关键词】：微流控芯片 多孔膜 细胞分化 细胞-细胞相互作用 质谱
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q2-33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号对照表8-9
• 第1章 引言9-25
• 1.1 微流控技术简介9-10
• 1.2 微流控芯片技术在细胞分析中的应用10-17
• 1.2.1 微流控芯片上的细胞培养10-13
• 1.2.2 微流控芯片上细胞微环境的控制13-14
• 1.2.3 芯片器官（ Organ-on-a-chip）14-15
• 1.2.4 微流控芯片上的单细胞分析15-17
• 1.3 微流控芯片 -质谱联用技术17-23
• 1.3.1 微流控芯片 -质谱联用接口18-21
• 1.3.2 微流控芯片 -质谱联用技术在生命分析化学中的应用21-23
• 1.4 本研究主要内容和意义23-25
• 第2章 集成多孔膜的微流控芯片的制作和m ES细胞芯片上诱导分化25-39
• 2.1 本章引论25-26
• 2.2 实验部分26-32
• 2.2.1 材料和试剂26-27
• 2.2.2 标准软光刻模具复制成型技术制作PDMS层27-29
• 2.2.3 PDMS层与聚碳酸酯（ PC）多孔膜的接合29
• 2.2.4 m ES细胞的培养29-30
• 2.2.5 微流控芯片上的跨膜传质和m ES细胞诱导分化30-32
• 2.3 结果与讨论32-38
• 2.3.1 集成多孔膜的微流控芯片制作条件优化32-33
• 2.3.2 微流控芯片装置的集成能力33-34
• 2.3.3 支持m ES细胞生长的MEFs状态分析34-35
• 2.3.4 微流控芯片上的跨膜传质35-36
• 2.3.5 芯片上m ES细胞的诱导分化36-38
• 2.4 小结38-39
• 第3章 集成多孔膜的微流控芯片模拟神经细胞-肾细胞相互作用及其代谢产物分析39-57
• 3.1 本章引论39-40
• 3.2 实验部分40-45
• 3.2.1 材料与试剂40-41
• 3.2.2 PC12细胞和293细胞的培养41
• 3.2.3 集成多孔膜的微流控芯片的设计和制作41-42
• 3.2.4 芯片通道表面修饰优化42-43
• 3.2.5 微流控芯片上PC12细胞分化条件的优化43-44
• 3.2.6 芯片上的细胞共培养及代谢产物检测44-45
• 3.3 结果与讨论45-55
• 3.3.1 分化的PC12细胞与293细胞之间的相互作用45
• 3.3.2 集成多孔膜的微流控芯片的可行性45-47
• 3.3.3 芯片通道表面修饰优化47-48
• 3.3.4 集成多孔膜的微流控芯片上m NGF诱导PC12细胞分化48-49
• 3.3.5 丝状肌动蛋白形态鉴定、MAP-2 蛋白表达分析和细胞活性检测49-52
• 3.3.6 细胞相互作用代谢产物肾上腺素的质谱检测52-55
• 3.4 小结55-57
• 第4章 结论57-59
• 参考文献59-72
• 致谢72-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果74

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