基于惯性微流原理微流控芯片在生物分析中应用

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1、摘要细胞的分离和分选是许多生物分析和医学化验中至关重要的一个准备步骤，因此发展高效、便捷、廉价的细胞分离方法一直是生物和医学研究领域的一个热点。20世纪90年代出现的微流控芯片技术凭借自身固有的众多优势，成为生物和化学研究领域新的技术平台，许多新的基于微流控芯片技术的细胞分离方法提了出来和加以发展。惯性微流是近年来微流控芯片领域出现的一个研究热点，其主要特点是无需施加任何外力如电力、磁力，就可以在微通道内实现一定尺寸微粒或细胞的聚焦流动。本论文的主要工作就是基于惯性微流原理，设计并制各具有特殊结构的微流控芯片装置，并探求其在生物分析领域中的应用。论文第一章为绪论。首先概述了微流控芯

2、片技术的历史、发展及优势，然后详细列举和介绍了现有的基于微流控芯片技术的细胞分离方法。最后简要阐述了惯性微流的基本原理，并总结了惯性微流的应用近况和优势。第二章为不对称弯形通道芯片用于血浆分离。本章设计了具有不对称弯形通道的微流控芯片结构，相应的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片装置采用以印刷电路板(PCB)为材质的芯片模板和模塑法制备。先使用荧光聚苯乙烯微球作为模型样品考察装置性能。再根据微球模型实验的结果将芯片装置应用于稀释血液样品中的血浆分离，成功使血细胞实现惯性聚焦流动，从而将血细胞去除，得到血浆。本章所设计制备的微流控芯片装置用于分离血浆不仅效率高，产率高，而且溶血率低

3、。第三章为螺旋形通道芯片用于细胞周期同步化。本章设计了具有螺旋形通道的微流控芯片结构，相应的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片装置采用以防焊油墨为材质的芯片模板和模塑法制备。先使用荧光聚苯乙烯微球作为模型样品考察装置性能，并将芯片装置用于101．tin和20岬微球混合样品的分离。在此基础上尝试将芯片装置用于HL．60细胞周期同步化实验。所设计制备的微流控芯片装置成功实现了微球混合样品中10pro和20岬两种微球的同时分离，不仅分离效率高，而且产率也高。相比之下，HL．60细胞周期同步化实验结果不如微球混合样品分离理想，G0／G1期和G2／M期细胞的分离效率仅为101ma和209,

4、m微球混合样品分离实验的1／10左右，有待进一步优化芯片结构和实验条件。但是，摘要实验中所采用的高流速条件对于HL．60细胞的活性影响较小，分离后的细胞活性仍然可以达到90％以上。本论文的主要成果是基于惯性微流原理，设计并制备了具有不对称弯形通道结构和螺旋形通道结构的微流控芯片装置。两种芯片装置分别成功用于血浆分离以及不同尺寸微球的同时分离和细胞周期同步化。关键词：惯性微流；微流控芯片；生物分析nAbstractCellisolationandsortingisallessentialpreparatorystepinmanybioanalysisandmedicalassays，

5、hencethedevelopmentofefficient，convenientandinexpensivecellseparationmethodshasbeenahotspotinbiologicalandmedicalresearchfield．Microfluidictechnologywhichappearedin1990shasbeenanewtechnologicalplatformforbiologicalandchemicalresearchfieldwithitsmanyinherentadvantages，andalotofnewcellseparation

6、techniquesbasedonmicrofluidictechnologyhavebeenproposedanddeveloped．Inertialmicrofluidicsisaresearchhotspotwhichhasemergedinmicrofluidicfieldinrecentyears，anditsmainfeatureisthecapabilitytofocusmicroparticlesorcellsinmicrochannelswithouttheneedforanyextemalforcesuchaselectricity,magnetism．Them

7、ainworkofthisthesisisthedesignandfabricationofmicrofluidicdeviceswithspecialstructuresbasedoninertialmicrofluidics，andtoexploretheirapplicationsinthebioanalyticalfield．Chapteroneofthisthesisisintroduction．Thischapterbeginswithanoverview