检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：苏达东北大学

学位级别：硕士

单细胞捕获微流控芯片具有成本低、高通量、易于制造、集成度高、无毒、稳定性好等优点,正日益成为研究生命科学和药物分析的重要载体,利用微流控芯片对单个细胞进行捕获,是实现单细胞分析、配对、融合、裂解和胞内成分分析的重要前提... 详细信息

单细胞捕获微流控芯片具有成本低、高通量、易于制造、集成度高、无毒、稳定性好等优点,正日益成为研究生命科学和药物分析的重要载体,利用微流控芯片对单个细胞进行捕获,是实现单细胞分析、配对、融合、裂解和胞内成分分析的重要前提。基于流体动力学方法的流场捕获,是实现单细胞捕获的重要手段和方法。在本文中,基于微尺度下的斯托克斯流动理论、微阱扰流理论和微尺度下的二维稳态层流模型,对流场捕获单细胞的过程进行了阶段分析,建立了细胞与细胞之间、细胞与流体之间、细胞与壁面之间的多耦合力学模型,对单细胞的受力状态进行了分析,这为进一步研究单细胞捕获过程中力和速度的关系,实现对单细胞的可控性奠定了基础;以统计学理论为基础,本文提出了一种研究微流控芯片内部流场速度的方法;利用现有设备和条件,对单细胞捕获实验进行了初步的探索,了解和熟悉了 PDMS微流控芯片的制作工艺;在现有细胞捕获微阱结构的基础上,提出了支柱式、单缝式、双缝式单细胞微阱结构,每一种微阱结构的尺寸与捕获细胞的尺寸接近一致,原则上仅能够容纳一个细胞;结合有限元分析软件,对入口速度、微阱单元结构尺寸和微阱阵列布置等参数进行了数值模拟计算,对微阱单元流场速度和芯片内部捕获区域的流场速度、压力分布进行了讨论。通过模拟实验对三种类型、六种结构的单细胞捕获装置进行对比分析,确定了最合适单细胞捕获的微流控芯片装置为矩形支柱式单细胞捕获装置;通过不同位置截面的流场速度分析,验证了单细胞捕获阵列单元的流场具有一致性;通过对不同位置微阱质量流量的分析,得出了不同微阱结构入口处的流量变化情况;通过对单个微阱的捕获势垒、速度极低区域等评价系数的分析,为下一步对芯片结构进行优化,设计流场捕获芯片提供了系统和详细的理论支持,为更好的进行单细胞的捕获研究奠定了基础。

关键词：微流控芯片单细胞捕获结构设计流场研究

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微流控芯片在单细胞捕获中的应用

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科技导报 2018年第16期36卷 39-45页

作者：吴春卉姜有为程鑫南方科技大学材料科学与工程系深圳518055 南方科技大学前沿与交叉科学研究院深圳518055

单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析... 详细信息

单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析提供了一种效率高、消耗低的研究平台。概述并对比了多种涉及流体力学、光、电、磁、声等领域的微流控单细胞捕获技术的原理和应用,展望了其未来的研究方向。

关键词：微流控芯片单细胞捕获液滴微流控介电电泳光镊

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基于微流控芯片的单细胞捕获研究

基于微流控芯片的单细胞捕获研究

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作者：成龙中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

由于不同细胞之间具有异质性,同一种类的细胞之间都存在差异性,单细胞分析可以得到细胞的整体特征信息,因此进行单细胞分析是目前医学诊断的重点。单细胞捕获是进行单细胞分析的关键步骤之一,目前,根据捕获原理分类,单细胞捕获技术大致... 详细信息

由于不同细胞之间具有异质性,同一种类的细胞之间都存在差异性,单细胞分析可以得到细胞的整体特征信息,因此进行单细胞分析是目前医学诊断的重点。单细胞捕获是进行单细胞分析的关键步骤之一,目前,根据捕获原理分类,单细胞捕获技术大致可分为基于物理特性和基于细胞生物学两种,需要高水平的集成来保证高效,高通量的捕获。由于微流控芯片具有良好的试剂体积控制、细胞处理和设备自动化集成系统的优势,可以满足单细胞捕获及分析的需求,PDMS与玻璃键合的微流控芯片具有液体相容性、光学透明性、热稳定性等优点,因此用微流控芯片来捕获单细胞是一种流行且高效的方法。基于水动力捕获单细胞的边界效应使用边界屏障来捕获流经微流体的细胞,效率很高,但是不易对单个的细胞进行操作。基于水动力捕获单细胞的驻点流原理能够对单细胞进行操作,由于流场和驻点的不稳定,捕获不具有一致性。为实现稳定捕获单细胞,在本文中,采用驻点流原理和边界效应相结合的方法,设计了一种微流控装置。为了稳定捕获直径为8μm到12μm的SIHA细胞,在驻点处增加了一个直径为15μm捕获口,不仅是结合了边界效应,更是增加了捕获口的有效捕获面积,将捕获口的捕获效率从31.9%提高到83.3%,提高了捕获的稳定性。通过对捕获腔和捕获口的仿真发现,对于不同尺寸的捕获口具有捕获直径为9μm,14μm,18μm的粒子的能力。另外,微流控芯片与注射泵和成像显微镜连接,构成一个完整的微流控实验系统。实验表明,此微流控系统能够在芯片内以大约60μl/min的流速捕获单细胞,并且能在流速从60μl/min到120μl/min的扰动下稳定捕获,阵列芯片实验表明所设计的捕获口可以捕获直径大于8μm小于12μm的SIHA细胞。本文的主要研究工作如下: 1.综述了国内外对于单细胞捕获采用的相关技术:包括微流体捕获技术、微孔捕获技术、膜片捕获技术。进行了单细胞精确捕获方法的分类:包括光学捕获法、磁力捕获法、声学捕获法、水动力捕获法以及表面亲疏水性捕获法,最后总结了捕获单细胞的重要影响因素及要点。 2.单细胞捕获理论与流动腔的仿真,介绍了本文所采用的驻点流原理理论,驻点的形成,以及根据驻点的位置来设计整个捕获腔的结构,得到驻点后,再与阻力通道以及捕获口的结合来实现驻点流原理与边界效应的结构,来实现稳定捕获单细胞。介绍流动腔内流速压力的仿真,特别是对于捕获口处流线的仿真,不同尺寸捕获口对于不同尺寸微粒子捕获仿真。 3.微流控芯片制备与实验系统搭建,主要介绍设计的微流控芯片各个流道,完善微流控芯片的设计,成为结构合理,微流道畅通,便于实验的微流控芯片,设计完成后进行工艺加工制造的研究。另外为了验证驻点流与边界效应结合的理论及仿真结果,即单细胞捕获的有效性和稳定性,搭建了试验系统,配置了所需要的细胞悬浮液,微流控芯片与注射泵和成像显微镜连接,构成一个完整的微流控实验系统。 4.为验证所设计的微流控芯片捕获单细胞的可用性,微流控平台的有效性,对微球和细胞进行单个单元和阵列单元的实验,给出了验证的结果。对主要工作与创新点进行总结,针对获得的结果、解决方案、关键之处进行阐明,并提出过程中的不足之处进行讨论,最后对主要结论进行总结。

关键词：微流控芯片单细胞捕获驻点流边界效应

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基于微流控技术的单细胞捕获技术研究

基于微流控技术的单细胞捕获技术研究

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作者：邓斌中国科学院大学

学位级别：硕士

微流控技术是指在微米尺度对微量体积液体进行操控的技术。微流控技术与细胞尺寸相比拟，广泛应用于细胞研究，包括培养、分选、裂解、基因表达等。其中，基于微流控技术的细胞捕获技术可以实现单个细胞大序列捕获，提供具有统计意义的... 详细信息

微流控技术是指在微米尺度对微量体积液体进行操控的技术。微流控技术与细胞尺寸相比拟，广泛应用于细胞研究，包括培养、分选、裂解、基因表达等。其中，基于微流控技术的细胞捕获技术可以实现单个细胞大序列捕获，提供具有统计意义的分析结果。本论文基于微流控技术，研究基于微米沟道、纳米沟道和微纳米沟道的流体力学单细胞捕获方法，结合有限元仿真和实验，表征各种方法中几何参数对于细胞捕获效率的影响，评估各种捕获方式的优缺点。\n 本文首先提出基于微米沟道的单细胞捕获微流控芯片，由主沟道、辅助沟道及连接主沟道和辅助沟道的微米尺度细胞捕获点组成。当细胞溶液从主沟道注入后，溶液的去向被分成两部分，一部分是继续从主沟道流出;另一部分则分流到捕获点并从辅助沟道流出，实现细胞捕获。基于有限元软件COMSOL仿真进行参数优化，设计并制作微流控芯片。细胞捕获实验不仅验证仿真的参数优化结果，而且发现细胞在较高流速中更易于捕获，较小尺寸的细胞更易于捕获，捕获效率为90％以上。\n 实现微米尺度细胞捕获后，进一步尝试基于纳米沟道的细胞捕获，连接主沟道和辅助沟道的微米尺度细胞捕获点被纳米尺度细胞捕获点所取代。器件的制作仍基于微流控的加工方法，具有纳米高度的沟道阳模是基于溅射图形化金属工艺实现的。实验中注意到在主沟道出口封闭的条件下，提高注入溶液的速度可以显著提高纳米捕获点的细胞捕获率。但是捕获后的细胞并未存活，可能是由于捕获过程中纳米捕获点的流体压降过大，细胞受到压力时间较长引起的。\n 面对上述情况，进一步提出微纳米捕获的概念，设计的微流控芯片由蛇形主沟道、单细胞微米捕获点、纳米沟道组成。在细胞捕获之前，单细胞微米捕获点的流阻低于蛇形主沟道的流阻，在细胞捕获后，单细胞微米捕获点的流阻显著上升，后续的细胞会沿着蛇形主沟道绕过被捕获的单细胞。纳米沟道与单细胞微米捕获点相连，可以局部调控单细胞的微环境。初步实验表明该芯片的捕获点均能实现单细胞捕获。

关键词：微流控技术单细胞捕获流体动力学有限元仿真纳米沟道

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微流控液滴生成新器件新方法及其在单分子扩增分析与单细胞捕获研究中的应用

微流控液滴生成新器件新方法及其在单分子扩增分析与单细胞捕获研...

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作者：李星锐厦门大学

学位级别：硕士

单分子、单细胞是生物体系的最基本单位。分子之间的不同决定了其引发反应的不同，细胞之间的不同决定了生命活动的不同。因此，深入研究单分子和单细胞对人们探索生命活动本质是十分必要的。与传统研究对象不同，单个分子、单个细胞的... 详细信息

单分子、单细胞是生物体系的最基本单位。分子之间的不同决定了其引发反应的不同，细胞之间的不同决定了生命活动的不同。因此，深入研究单分子和单细胞对人们探索生命活动本质是十分必要的。与传统研究对象不同，单个分子、单个细胞的研究需要更加精准的研究平台，从而避免大背景的干扰，提高信噪比。微流控芯片，是一种将常规反应小型化、集成化新型的技术。其具有反应迅速、反应体积小、信噪比高、通量高、结果精准、试剂节约等特点，这些优点十分符合目前对单分子、单细胞研究的要求。因此在近些年来，微流控芯片技术在单分子、单细胞分析领域得到广泛的发展。\n 虽然微流控平台在单分子、单细胞的研究领域内，已经展现了良好的应用价值和实用性，但是随着对单分子、单细胞研究的深入，传统微流控平台的一些缺点逐渐显现:昂贵的进样系统、复杂的液滴生成操作、芯片内产物难以回收、死体积大、单细胞捕获效率低等。这些问题一直限制着微流控芯片在单分子、单细胞的研究上得到更大的发展。针对上述问题，本论文尝试解决困扰微流控平台的一些问题，论文内容主要分为以下三部分:\n (1)单分子核酸扩增及其在数字化检测和功能化产物分析中的应用\n 液滴微流控技术已经在单分子核酸扩增中显示出强大的应用前景。液滴微流控芯片降低了单分子核酸扩增时的腔体体积、提高了反应腔体的通量，并且将数字化检测成为可能。为了克服微流控技术一直存在的耗时长、兼容性差、易融合、产物回收难等问题，发展了一种高通量液滴生成微阵列芯片，用于实现芯片内的单分子核酸扩增，数字化检测超低浓度核酸等目的。利用该芯片，我们实现了对单分子克隆产物进行有效的回收、贮存和后续分析。我们使用单核酸扩增的方式，将单克隆产物直接与靶标结合，考察结合强度，从而直接得到结合力强的单克隆产物，大大简化了传统核酸适体筛选需要对分子库测序及大量合成的不足。该单分子核酸扩增方法对功能化单克隆的产物分析、核酸测序和后续分析仪器兼容性方面也具有极大的应用价值。\n (2)非泵型高通量液滴生成微流控芯片\n 传统微流控液滴生成方式已经成功在单分子、单细胞研究上取得一定的成果，然而传统的液滴生成方式，往往依赖于进样泵对芯片内流体进行精密地控制。这增加了液滴的生成成本和复杂程度，限制了液滴在多种生物分析领域的应用。如何克服液滴生成过程中对仪器的依赖，简化液滴生成操作，成为扩大其应用范围的关键。为此，我们开发两种非泵型微流控芯片，只需简单操作即可形成高通量的液滴的芯片，其分别采用离心式和按压式进行液滴生成。离心式液滴生成芯片，使用离心力控制流体间压力，通过油水界面处的特殊结构，利用表面张力生成液滴。该方法生成简便，液滴直径均一可控，液相无死体积残留。这些优点克服了传统液滴生成方式的一些弊端，为后续将该方法应用在单细胞测序等领域提供了一定基础。按压式琼脂糖液滴生成方式，通过将液态琼脂糖按压入预制的PDMS阵列芯片内，我们可以高通量地生成直径均一可控的液滴。而且液滴固定在PDMS阵列中，解决了传统液滴随油相飘动难以长期对特定液滴观察的缺点。此外，利用琼脂糖固-液转换的特点，琼脂糖液滴可转化为琼脂糖微球，从而实现单一微球的回收与样品的进一步分析的目的。\n (3)基于流体力学设计的单细胞高效捕获微流控芯片\n 单细胞做为人们研究的热点，其分离与捕获一直是人们所急需解决的问题。由于单细胞体积小，形状不规则性，如何高效地分离并捕获单细胞成为一项艰巨的任务。针对这一问题，作者设计一款用于高效单细胞捕获的芯片。该芯片使用简便，单细胞捕获捕获效率高、捕获速度快。基于流体力学计算优化的芯片结构，细胞捕获效率可以高达91％，单细胞捕获效率高于70％，该方法克服了传统泊松分布对单细胞捕获效率的限制，实现了高效的单细胞捕获。该方法在单细胞异质性、单细胞培养等领域有着极大的应用前景。

关键词：微流控芯片液滴生成单核酸扩增单克隆产物单细胞捕获

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基于PDMS材料构建三维纸基微流控芯片和单细胞捕获微流控芯片的研究

基于PDMS材料构建三维纸基微流控芯片和单细胞捕获微流控芯片的研...

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作者：贾翠云郑州大学

学位级别：硕士

聚二甲基硅氧烷(PDMS),又名二甲基硅油，具有具有优异的光学透明性、可塑性、高度疏水性、良好的生物相容性和化学稳定性的材料。所以聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种常用的制作微流控芯片的材料。基于PDMS的优势，本研究分别制备了三维纸... 详细信息

聚二甲基硅氧烷(PDMS),又名二甲基硅油，具有具有优异的光学透明性、可塑性、高度疏水性、良好的生物相容性和化学稳定性的材料。所以聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种常用的制作微流控芯片的材料。基于PDMS的优势，本研究分别制备了三维纸基微流控芯片和单细胞捕获微流控芯片。　　首先，基于PDMS聚合物的疏水性和化学稳定性，本研究提出了一种基于编织原理构建三维纸基微流控芯片的新方法。主要制作流程和结构如下:1)采用旋涂、浸渍聚二甲基硅氧烷(PDMS)方法制作亲/疏水界面纸基材料避免了亲水/疏水化学试剂的使用和亲水/疏水改性操作;2)通过PDMS疏水层降低了液体在纸张内部的体积，液体在独立的纸基单元中仅受到底部疏水屏障的阻力,有效提高了流体流动速率;3)通过编织复杂三维字母结构、三维风车结构和三维同心圆结构，展示了该方法不需要额外设备固定装置和不需要特殊的对齐技术便可以快速制备复杂三维纸基微流控芯片，且其结构具有易拆卸特点;4)可进行三维结构内液体流动、反应的实时观察。本研究成功制备通道相互交错的三维纸基流控芯片。　　其次，基于PDMS的可塑性、高度透明性和生物相容性，本研究设计了用于模拟细胞生理环境和检测单细胞分泌的细胞因子的“倒锥形台”芯片。本研究基于设计的掩膜和传统的光刻流程，已经成功制作单细胞捕获微流控芯片;有效提高了单细胞捕获效率;初步获得了群体细胞培养微环境下单细胞分泌的细胞因子。

关键词：微流控芯片 PDMS材料三维纸基微流控芯片单细胞捕获

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一种微流控单细胞捕获及生化信号加载装置

一种微流控单细胞捕获及生化信号加载装置

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作者：于苗大连理工大学

学位级别：硕士

细胞微环境与细胞相互作用日益成为细胞生物学领域的研究热点之一。对离体培养的单细胞进行操控、观察、检测是探究细胞生物学行为常用的手段。微流控装置不仅是捕获、操控离体培养细胞的理想实验平台,也是构建用于离体培养细胞的微环... 详细信息

细胞微环境与细胞相互作用日益成为细胞生物学领域的研究热点之一。对离体培养的单细胞进行操控、观察、检测是探究细胞生物学行为常用的手段。微流控装置不仅是捕获、操控离体培养细胞的理想实验平台,也是构建用于离体培养细胞的微环境的重要实验工具,在细胞生物学研究工作中得到了广泛使用。现有的研究多数利用流体驻点或通道的边界效应对单细胞进行捕获。利用通道的边界效应捕获单细胞简单、成本低廉,且易形成阵列结构来高效捕获大量单细胞,但不便于对捕获单细胞定量加载动态生化刺激信号。另一种利用流体驻点捕获单细胞的方法则可以对捕获的单细胞有效地加载动态生化信号,但因驻点位置不稳定使得捕获不稳定,不利于长时间观察、检测和分析；尽管可以通过外加反馈控制系统来增大捕获的稳定性,但需要更多的外部控制装置,增加了装置的复杂性。因此迫切需要一种简单低价的、能实现单细胞稳定捕获且便于定量加载动态生化信号的微流控装置。利用流体力学原理和微流控技术,结合通道边界效应与驻点流理论,本文设计了一种可用于单细胞自动捕获并能对捕获单细胞定量加载动态生化信号的微流控装置。该微流控装置与可编程注射泵、荧光倒置显微镜、计算机等组合,构成了用于自动捕获单细胞及加载、检测和分析动态生化信号的实验系统。一方面,通过数值方法求解微通道内的Navier-Stokes方程和Taylor-Aris弥散方程,分析了捕获微通道内的流场分布及动态生化信号传输规律,2D和3D数值仿真结果均验证了该微流控装置捕获单细胞和对被捕获单细胞精确加载动态生化刺激信号的可能性。另一方面,利用可编程注射泵控制注射器,将细胞悬浮液注入微通道内,实验验证了该微流控装置捕获单细胞的有效性；进-步利用注射器和可编程注射泵,通过软件编程来控制注射泵的流量(流速)变化得到含有动态生化信号的刺激溶液,将该刺激溶液注入到微通道内对捕获单细胞加载动态生化信号,实验结果也验证了该微流控装置加载动态生化信号的可行性。本文提供了一种能对离体培养单细胞进行长期捕获且便于加载动态生化刺激信号的微流控装置,为进一步研究微环境刺激引发单细胞动力学响应进而影响单细胞功能和行为等提供了简单有效的实验平台。

关键词：微流控单细胞捕获边界效应驻点流动态生化信号传输特性

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集成单细胞捕获的微流控细胞分选芯片研究

集成单细胞捕获的微流控细胞分选芯片研究

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作者：吴菲中北大学

学位级别：硕士

细胞是生物及生命活动的基本单位,利用微流控芯片技术来操纵和研究细胞,通过研究单细胞可以看出细胞异质性对机体功能和状态的影响,研究不同单细胞的病理特征,对分析细胞代谢、细胞紊乱等细胞活动具有非常重要的意义。细胞分离和单细胞... 详细信息

细胞是生物及生命活动的基本单位,利用微流控芯片技术来操纵和研究细胞,通过研究单细胞可以看出细胞异质性对机体功能和状态的影响,研究不同单细胞的病理特征,对分析细胞代谢、细胞紊乱等细胞活动具有非常重要的意义。细胞分离和单细胞捕获作为研究单细胞的重要手段,其在生命科学和化学分析等领域中有着广泛应用。本研究结合了介电泳原理非侵入、免标记和流体动力学原理低成本的优点,设计并制作了集成单细胞捕获的介电泳连续分离微流控芯片,并利用细胞受到的不同大小或方向的介电泳力而实现细胞分离,利用微捕获结构来捕获单细胞,通过实验实现了在一个微流控芯片上集成细胞分离和单细胞捕获两种功能,本研究主要内容如下:首先,介绍了介电泳原理和流体动力学原理,根据粒子的偶极矩公式推导出了介电泳力的公式,分析粒子结构并建立等效细胞的多层球壳模型,确定了微流体中的粒子受到的主要作用力,用MATLAB仿真软件进行介电频率响应仿真,得到了酵母菌细胞、聚苯乙烯小球、THP-1细胞和OCI细胞的Re[K(ω)]曲线。通过理论分析,设计了细胞分离的微电极和单细胞捕获结构,利用辅助软件AutoCAD、Solidworks建立微流控芯片的模型,导入COMSOL仿真软件,来研究分析微流控芯片的内部电场和流场分布。其次,根据微流控芯片的结构和功能,选用湿法腐蚀ITO和溅射金属铂来制作微电极,以硅片为基底用SU8负胶光刻制作微通道和捕获结构的模具,再用PDMS来制作微通道和捕获结构,之后用过氧等离子键合技术对微流控芯片进行键合,来完成芯片的制作。最后,搭建了用微流控芯片进行实验的测试平台。先用ITO微电极微流控芯片分离酵母菌细胞和聚苯乙烯小球;培养两种直径相近的人类白血病细胞(OCI-AML3细胞和THP-1细胞),通过荧光染色分别处理OCI细胞和THP-1细胞,用铂微电极微流控芯片进行细胞分离实验,实现了OCI细胞与THP-1细胞的连续分离,并对THP-1细胞进行单细胞捕获,细胞纯化率在94%以上,单细胞捕获效率大于94%。

关键词：介电泳流体动力学微流控芯片细胞分离单细胞捕获

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一种结合物理屏障与驻点流原理的单细胞捕获微流控装置

一种结合物理屏障与驻点流原理的单细胞捕获微流控装置

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中国力学大会-2015

作者：于苗陈宗正向程刘波谢汉笛覃开蓉大连理工大学电信学部生物医学工程系 National University of Singapore Department of Electrical and Computer Engineering

设计了一种用于单细胞生物学研究的捕获单细胞的微流控芯片,该设计中利用流体力学原理和微流控技术,将驻点流理论与物理屏障相结合,实现对单细胞的长期稳定捕获,并易于对捕获的细胞加载动态生化信号。

关键词：物理屏障驻点流微流控装置单细胞捕获

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微流控微井芯片单细胞捕获及其基因表达分析

微流控微井芯片单细胞捕获及其基因表达分析

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2016全国生命分析化学学术大会

作者：陈甘雨赵亮北京科技大学生物工程与传感技术研究中心北京科技大学化学与生物工程学院北京市生物工程与传感技术北京市重点实验室北京市海淀区学院路30号100083

单细胞分析不同于传统的细胞群分析，有利于对单细胞的异质性进行研究。我们发展了一种基于大规模阵列微井捕获单细胞的微流控芯片技术，在一个PDMS芯片上制作出直径22μm左右的微坑阵列，可在4X镜下同时观察到8100个单细胞。

关键词：单细胞捕获细胞凋亡

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