微流控芯片上的单细胞捕获和长期培养研究

论文摘要

细胞是构成生命体最基本的结构和功能单元。细胞研究是进行生命科学研究的基础。传统意义上的细胞研究是以大量的细胞作为研究对象得到统计学的结果。然而,单细胞在形态学、增殖、对外部刺激的响应方面具有高度异质性。干细胞作为一种高潜能细胞,可以分裂分化成多种不同功能的细胞。在单个细胞的水平上研究干细胞的分裂与分化,对于再生医学特别是组织工程具有特别重要的意义。因此,能够研究成百上千个单细胞的单细胞分析技术至关重要。单细胞的捕获与分离是单细胞研究的前提。由于现有的技术无法实现对于同一细胞分裂出的不同代的单个子细胞进行分离和收集,导致现有的单个干细胞的分裂分化研究还存在着局限性。但随着微流控技术的日益成熟,其在单细胞分析过程中可对微小液体及粒子精确操控、高通量、易于操控等多方面优势也显现出来。本文设计并制作了一款集合了单细胞筛选捕获、单细胞培养的微流控芯片。该芯片利用微陷阱将单个细胞捕获于相应的位点上,并在原位进行长期培养,培养过程中分裂出的一个子细胞在流体的剪切力作用下流入标准孔板的微孔中进行,实现每孔一个细胞。孔板上的单个细胞可以用于后续的单细胞基因分析。本文采用数值模拟和理论分析的方法对微流控芯片的尺寸进行了精确设计,系统的建立了单细胞捕获筛选和培养的流体动力模型,同时分析了微流控通道内的流场及压力分布。实验研究分别使用微球和细胞对芯片的捕获功能进行了验证,表明了该芯片在单个微球捕获方面的优越性,同时利用该芯片对慢性髓原白血病细胞(K562)进行了捕获和培养试验,证明了该芯片可用于单细胞培养。研究表明该微流控芯片可以实现单细胞的捕获、长期培养和子细胞分离。该装置有望实现对同一细胞分裂出的不同代的子细胞的高效分离,解决了单细胞分析和干细胞分裂分化研究过程中的技术瓶颈,在单细胞分析领域具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
•   1.1 课题来源
•   1.2 课题背景及研究目的和意义
•   1.3 国内外发展现状
•     1.3.1 单细胞捕获
•     1.3.2 细胞培养
•   1.4 本文主要研究内容
• 第2章 微流控芯片的设计与制作
•   2.1 引言
•   2.2 微流控芯片设计
•     2.2.1 总体设计
•     2.2.2 芯片结构设计
•   2.3 微流控芯片制作
•     2.3.1 材料与方法
•     2.3.2 微流控芯片的制作流程
•   2.4 本章小结
• 第3章 微流控芯片流动模拟
•   3.1 引言
•   3.2 控制方程
•   3.3 几何模型及参数选择
•   3.4 模拟结果
•     3.4.1 流速分析
•     3.4.2 压力分析
•     3.4.3 微球对流动的影响
•   3.5 本章小结
• 第4章 微球与细胞的筛选与捕获
•   4.1 引言
•   4.2 材料与仪器选择
•   4.3 微球的筛选与捕获
•     4.3.1 芯片不同捕获通道及位点捕获效率的研究
•     4.3.2 微球捕获效率及筛选
•   4.4 细胞的筛选与捕获
•     4.4.1 流速对细胞捕获效率影响
•     4.4.2 细胞筛选
•     4.4.3 细胞捕获效率
•   4.5 本章小结
• 第5章 细胞的原位培养
•   5.1 引言
•   5.2 细胞与仪器选择
•   5.3 实验结果
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于志航

导师: 陈华英

关键词: 单细胞,微流控,捕获,培养,分离

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,无线电电子学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金青年项目,深圳市启动项目

分类号: Q813.11;TN492

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005997

总页数: 55

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