基于软惯性力的Jakobid鞭毛虫高纯度、高活性分离研究

论文摘要

细胞分离是实验室微生物(含菌)培养和环境样本能实现精确分析的关键性限制因素之一。尽管如今许多相关技术已经开发出来,如何在高通量的情况下获得高纯度和高活性的目标细胞仍然是一大挑战。在过去的几十年里,基于水动力的微流控平台凭借其在细胞处理中展现的高效率、稳定的性能和廉价的成本吸引了人们的广泛关注。由于Jakobid鞭毛虫的线粒体特有类似细菌的DNA,获得有高纯度和高活性Jakobid鞭毛虫是研究真核细胞细胞器进化史的有效途径。因此,本研究提出一种微流控分离芯片,可将以细菌为食的Jakobid鞭毛虫从活细菌中分离出来。本研究使用了一种高速状态下的低黏度鞘流和一种低速状态下的高黏度鞘流。在基于软惯性力的分离芯片中,样本流在汇交区被两股鞘流包裹后继续运动。通过使用这种方法,微通道中能产生非常陡的剪切梯度,该梯度有利于大尺寸的细胞从样本流中偏移出来。同时,容易受困于样本流的小尺寸的细胞将跟随最初的流线继续运动。在构建了仿真模型为实验提供参考后,对混合荧光微粒(大小微流的直径分别为1.0μm和9.9μm)进行的分离实验验证了该分离芯片的实用性。然后,在对流速、黏度、芯片设计等实验条件进行优化后,成功将Jakobid细胞分离出来。由统计结果知,超过98%的细菌可以被成功去除,并且收集的到的Jakobid细胞表现出很高的活性。在对比一些使用传统常用的分离方法得到的结果后,该芯片将分离效率提高了40%多,而且得到的目标细胞更具有生命活力。因此,本研究中提出的芯片实现了对形状不规则且脆弱敏感的生物细胞高纯度和高活性的分离操作。该方法可以进一步被应用于更广泛的对象和领域,如疾病诊断、环境微生物样本的分析等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题来源
•   1.2 研究背景及意义
•   1.3 国内外发展概述
•   1.4 本文研究内容
• 2 实验原理及硬件基础
•   2.1 细胞分离原理背景
•   2.2 芯片设计和仿真
•   2.3 芯片的加工和溶液配制
•   2.4 本章小结
• 3 微粒混合物分离实验研究
•   3.1 实验方法
•   3.2 流速、通道高度、黏度对微粒分离的影响
•   3.3 本章小结
• 4 Jakobid鞭毛虫和细菌的分离实验研究
•   4.1 微生物尺寸分析
•   4.2 Jakobid鞭毛虫和细菌的分离
•   4.3 分离细胞的活性检测
•   4.4 本章小结
• 5 芯片性能量化评估
•   5.1 细胞尺寸和侧向位移的关系
•   5.2 流式细胞仪分离法
•   5.3 添加抗生素的自然沉淀法
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓攀

导师: 吴志刚

关键词: 微流控平台,软惯性力分离,细胞分选,鞭毛虫,剪切梯度,黏度

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华中科技大学

基金: 湖北省自然科学基金:“用于病变早期诊断微流控芯片的关键技术”,批准号:No. 2015CFA110,华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室自主课题:“细菌致疾病早期诊断微流控芯片的研究”,批准号:022510066,国家自然科学基金面上项目:“基于贴体热成形的准三维表面顺形电子新制造方法的研究”,批准号:No. 51575216

分类号: Q813

总页数: 73

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