集成单细胞捕获、阵列化、释放及快速染色的微流控装置的研究
发布时间：2020-10-27 02:39
集单细胞捕获、阵列化和分析等多种功能为一体的微流控芯片已然成为单细胞研究强有力的工具。然而目前关于这样一体化的芯片开发较少,在芯片上实现快速免疫染色的方法也未见报道。针对单细胞分析的需求,我们开发了一种集单细胞分离、排布及快速染色为一体的微流控装置。首先设计了一种新型的鲸须状单细胞捕获结构。基于侧向流,该结构中流速分布均匀,能够实现快速捕获,降低堵塞的可能性。然后对侧管道的宽度和结构的深度进行了优化,使其流场分布更加均匀。最后利用微珠和细胞对优化后的结构进行了验证,发现鲸须状结构能够高效且快速地完成单细胞捕获(~92.7%)和回收(~99%),并且在芯片上形成了分布均匀的单粒子(细胞)微阵列。同时提出了一种类似于RC振荡电路的新型的片上振荡方法。其设计简单,仅需要一个密闭的毛细管和一个产生周期性方波的压力源,基于气泡的压缩性,即可实现微尺度下微量液体的快速混合。通过理论分析和实验验证探索了振荡机制,发现了通过调整毛细管的长度即可灵活调节振荡表现。最后利用荧光素钠混合实验验证了振荡极大提高了混合效率,在外界压力P_(push)ush 0.03MPa,频率f 1Hz,毛细管长度L4cm的条件下,混合的时间仅仅为大约14s。基于前述的鲸须状结构和新型振荡方法,我们开发了一种可快速完成单细胞分离、排布及片上快速免疫染色的微流控技术。利用粒子模型重点对比了传统的两种染色方法(静态染色和流动染色)与振荡染色的效率,结果发现振荡染色显示出了明显的优势,时间花费少(5min)且试剂消耗少(2μL),并且在振荡过程中粒子的位置保持不变,便于即时观察。然后利用Caco-2细胞模型验证了整体芯片的细胞分离、排布及快速染色的可行性。本文介绍了一种简单、灵活且高效的微流控装置,成功地实现了快速且高效的单细胞捕获和释放,并且利用振荡染色的方法将片上免疫染色的效率大大提高。本研究为单细胞研究提供了一种新的方法和思路。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318
【部分图文】：
图 1- 1 基于流体力的 U 型单细胞捕获芯片Fig. 1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic force的 U 型结构流阻大，容易造成芯片内高压，不利于细胞捕获和性，因此有些研究在 U 型结构底部设计一个微小空隙，结构改捕获结构中流过，降低了细胞承受的剪切力，减少了对细胞的损对压力比较敏感的细胞。如 Benavente 等人[31]设计的类 U 型结片。有些研究者将 U 型结构设计成特定结构的微通道，如 Yesi 型结构的基础上研制出一种基于流体力的高通量单细胞捕获和1-2 所示，每个捕获结构设有一开口，可以让液体从中流过从而细胞承受的机械力，尽可能地保持其活性，通过这种设计将捕%，并且进样过程非常迅速，400 个捕获结构在 1-4 分钟就可以被
图 1- 1 基于流体力的 U 型单细胞捕获芯片1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic fo 型结构流阻大，容易造成芯片内高压，不利于细胞捕因此有些研究在 U 型结构底部设计一个微小空隙，结结构中流过，降低了细胞承受的剪切力，减少了对细胞力比较敏感的细胞。如 Benavente 等人[31]设计的类 U有些研究者将 U 型结构设计成特定结构的微通道，如构的基础上研制出一种基于流体力的高通量单细胞捕示，每个捕获结构设有一开口，可以让液体从中流过承受的机械力，尽可能地保持其活性，通过这种设计且进样过程非常迅速，400 个捕获结构在 1-4 分钟就可
上海交通大学硕士学位论文细胞会从空隙中漏出芯片而造成损失，捕获效阻分配的捕获型结构中流出通道和主流道平行，基于流阻分配用各个方向流阻大小的不同，从而捕获细胞，并度。基于此原理， Jin 等人[33]设计了一种单细胞捕获结构由成对的正 T 和倒 T 结构相互交错而成每个旁路通道 1 的一端设计为捕获结构。由于主主通道的流阻远远高于旁路通道，当细胞悬液流的旁路通道从而被捕获。当旁路通道捕获细胞后其余的液体更易从主通道流出，进入下一个捕获交错的 T 型结构节省了空间，提高了单位面积内获结构中超过 90%捕获了单个细胞，捕获效率较
【参考文献】
本文编号：2857901
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318
【部分图文】：
图 1- 1 基于流体力的 U 型单细胞捕获芯片Fig. 1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic force的 U 型结构流阻大，容易造成芯片内高压，不利于细胞捕获和性，因此有些研究在 U 型结构底部设计一个微小空隙，结构改捕获结构中流过，降低了细胞承受的剪切力，减少了对细胞的损对压力比较敏感的细胞。如 Benavente 等人[31]设计的类 U 型结片。有些研究者将 U 型结构设计成特定结构的微通道，如 Yesi 型结构的基础上研制出一种基于流体力的高通量单细胞捕获和1-2 所示，每个捕获结构设有一开口，可以让液体从中流过从而细胞承受的机械力，尽可能地保持其活性，通过这种设计将捕%，并且进样过程非常迅速，400 个捕获结构在 1-4 分钟就可以被
图 1- 1 基于流体力的 U 型单细胞捕获芯片1-1 U-shape single cell trap microchip based on hydrodynamic fo 型结构流阻大，容易造成芯片内高压，不利于细胞捕因此有些研究在 U 型结构底部设计一个微小空隙，结结构中流过，降低了细胞承受的剪切力，减少了对细胞力比较敏感的细胞。如 Benavente 等人[31]设计的类 U有些研究者将 U 型结构设计成特定结构的微通道，如构的基础上研制出一种基于流体力的高通量单细胞捕示，每个捕获结构设有一开口，可以让液体从中流过承受的机械力，尽可能地保持其活性，通过这种设计且进样过程非常迅速，400 个捕获结构在 1-4 分钟就可
上海交通大学硕士学位论文细胞会从空隙中漏出芯片而造成损失，捕获效阻分配的捕获型结构中流出通道和主流道平行，基于流阻分配用各个方向流阻大小的不同，从而捕获细胞，并度。基于此原理， Jin 等人[33]设计了一种单细胞捕获结构由成对的正 T 和倒 T 结构相互交错而成每个旁路通道 1 的一端设计为捕获结构。由于主主通道的流阻远远高于旁路通道，当细胞悬液流的旁路通道从而被捕获。当旁路通道捕获细胞后其余的液体更易从主通道流出，进入下一个捕获交错的 T 型结构节省了空间，提高了单位面积内获结构中超过 90%捕获了单个细胞，捕获效率较
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 赵世坤;集成微流体振荡器的大范围梯度稀释芯片的构建及其在生物学中的应用[D];上海交通大学;2017年
本文编号：2857901
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