实时快速调控观测点动态生化信号的微流控芯片系统

论文摘要

细胞外微环境中的动态生化信号对于细胞生理状态具有重要的调控作用,动态生化信号刺激下的细胞动力学响应已成为当前细胞生物学领域中的研究热点之一。细胞外微环境非常复杂,在体条件下的动态信号监测和调控极难实现,在较大程度上限制了细胞动力学响应的进一步量化研究。近年来,微流控芯片技术的发展为体外产生并调控动态生化信号提供了新的机遇。大量的微流控芯片已被开发用以产生动态生化信号,但目前基于动态混合,普遍存在响应缓慢、频率较低的限制,而基于流量切换的方法仅能产生方波信号。基于此,本论文提出一种基于流体力学原理的新型微流控芯片,可快速调控观测点处的高频动态生化信号。首先,结合生成空间线性浓度梯度的经典“圣诞树”结构和“Y”型微通道的特点进行芯片结构设计。将“圣诞树”结构作为“Y”型微通道的一个入口,为主通道提供稳定的生化因子空间线性浓度梯度,“Y”型微通道的另一个入口作为控制入口,输入流量动态变化的缓冲液,分析观测点处生化信号的动态特性,并阐述其生成原理。其次,开展流体力学仿真,研究微流控芯片内生化因子的时空分布,考察不同波形和频率动态生化信号的生成和传输特性;搭建微流控芯片系统,设计荧光素实验,验证仿真结果。最后,将本芯片应用于细胞钙响应研究,测量并分析动态生化信号作用下的细胞钙动力学响应,得到期望的钙信号响应规律,表明本设计芯片可为体外定量研究细胞动力学响应提供可靠平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展与现状
•   1.3 本论文主要研究内容和创新点
•   1.4 本文组织结构
• 2 微流控芯片的流体力学设计原理
•   2.1 “圣诞树”结构内浓度梯度生成原理
•   2.2 微流控芯片内动态生化信号生成原理
•   2.3 本章小结
• 3 微流控芯片内流体力学仿真
•   3.1 Fluent软件对动态生化信号的仿真
•     3.1.1 恒流条件下生化信号的空间静态特性
•     3.1.2 脉动流条件下生化信号的空间动态特性
•   3.2 本章小结
• 4 荧光素实验验证仿真结果
•   4.1 设备及材料
•   4.2 微流控芯片的制作
•   4.3 PID控制技术
•   4.4 荧光素实验验证
•     4.4.1 “圣诞树”结构空间线性浓度梯度的生成
•     4.4.2 观测点处动态生化信号的生成
•   4.5 本章小结
• 5 微流控芯片的应用:动态ATP信号对内皮细胞内钙动力学的影响
•   5.1 细胞培养
•     5.1.1 实验仪器
•     5.1.2 实验材料
•     5.1.3 试剂配置
•     5.1.4 细胞培养过程
•   5.2 细胞钙动力学响应实验与分析
•   5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于洪建

导师: 覃开蓉

关键词: 动态生化信号,快速控制,细胞外微环境,流体力学,微流控芯片

来源: 大连理工大学

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: 大连理工大学

分类号: TN492;Q2-33

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.000355

总页数: 60

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