基于微流控芯片的细胞检测、分类和分选若干技术研究

发布时间：2016-11-16 14:44

  本文关键词：基于微流控芯片的细胞检测、分类和分选若干技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2015年

基于微流控芯片的细胞检测、分类和分选若干技术研究

梅哲  

【摘要】：细胞是一切生物体结构和功能的基本单位。它是除了病毒之外所有具有完整生命力的生物的最小单位。细胞检测、分类和分选技术是生物医学研究和临床医学诊断所依仗的重要分析测试手段，已经广泛地应用于血液学、免疫学、肿瘤学、药物学、分子生物学等生物学和医学研究的各个领域。近些年来，床旁检测技术（Point-of-careTesting）的发展使得人们越来越青睐操作简便、结果即时准确的小型化检测仪器。这样，医护人员可以在最接近病患的地方，以最短的时间获得准确的诊断信息，有利于对疾病的及时诊断、监控和治疗。微流控芯片具有尺寸小、效率高、集成度高、分析速度快、价格低廉等一系列特点。基于微流控芯片的细胞检测、分类和分选仪器承载了人们对微型化细胞检测设备的期望和追求，具有广泛的应用前景。因此，利用微流控芯片技术平台对细胞进行检测、分类和分选，已成为近些年来研究的热点领域之一，具有重要的现实意义和使用价值。 本论文瞄准这一研究热点，从细胞惯性力聚焦技术、细胞光信号检测技术和细胞电阻抗信号检测技术三个方面入手，对细胞在微流体通道内的分布特性、基于细胞膜弹性差异的细胞无标记分类方法和基于微流控芯片的细胞电阻抗检测方法等关键技术展开了深入的研究和探讨，主要取得了以下成果与创新： 1.开发出基于微流控芯片的细胞光信号编码技术。该技术利用集成在微流控芯片通道上的金属模板对细胞的散射光进行编码，然后借助数字信号处理手段即可从低信噪比原始信号中提取细胞的大角度散射光信号，进而可以使用体积小、成本低的光电二极管代替笨重、昂贵的光电倍增管来检测细胞的大角度散射光。同时，通过结合编码信息和微流体直管通道的流速分布对称特征，，本技术可以用来推算细胞在微流体通道内流动时的三维分布情况（第3章，3.2节，3.3节和3.4节）。 2.提出定量评估微流体芯片三维聚焦设计有效性的方法。本方法利用光信号编码技术计算细胞等微粒在微流体通道内流动速度，然后通过速度变异系数评估细胞等微粒在微流体通道内的聚焦情况。与传统方法相比，本方法不需使用任何高倍显微镜或复杂的可视化设备，即可对细胞等微粒在微流体通道内聚焦效果进行评估（第3章，3.5节）。 3.提出利用细胞膜弹性差异和体积差异对白细胞进行无标记分类的细胞分类方法。基于中性粒细胞体积较大，细胞膜弹性相比其他类型的白细胞高的特点，本文使用微量血实验证实本方法可以用来计数血细胞中的中性粒细胞。本方法简化了常规血细胞样本制备过程，跳过抗凝、离心、标记或染色和过滤等步骤，有希望被进一步开发成为一种应用于癌症化疗过程中监控中性粒细胞数量的床旁检测仪器（Point-of-careDevice）（第4章）。 4.针对现阶段基于微流控芯片的细胞电阻抗检测技术所存在的不足，本文提出一种制作简单、成本低廉、适合规模生产的低成本细胞电阻抗检测芯片设计。该设计将普通的金属针安装到微流体通道两侧作为电极，然后采用交流电场检测细胞的阻抗信息。本设计提高了微通道检测区域的电场强度均匀性，增强了检测信号的平稳性，进而降低细胞阻抗信号的变异系数（第5章，5.1节和5.2节）。 5.将细胞电阻抗信号和细胞在微流体通道内的分布特性相结合，本论文提出基于阻抗比的细胞分类方法，可以对白细胞进行初步的筛选分类。同时，本论文将基于微流控芯片的细胞电阻抗检测技术，应用到细胞分选领域，可以实时监控分选状况、优化分选参数和验证分选效率（第5章，5.3节和5.4节）。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R730.4;TN492
【目录】：

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