【摘要】：細(xì)胞是生物及生命活動的基本單位，利用微流控芯片技術(shù)來操縱和研究細(xì)胞，通過研究單細(xì)胞可以看出細(xì)胞異質(zhì)性對機體功能和狀態(tài)的影響，研究不同單細(xì)胞的病理特征，對分析細(xì)胞代謝、細(xì)胞紊亂等細(xì)胞活動具有非常重要的意義。細(xì)胞分離和單細(xì)胞捕獲作為研究單細(xì)胞的重要手段，其在生命科學(xué)和化學(xué)分析等領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。

本研究結(jié)合了介電泳原理非侵入、免標(biāo)記和流體動力學(xué)原理低成本的優(yōu)點，設(shè)計并制作了集成單細(xì)胞捕獲的介電泳連續(xù)分離微流控芯片，并利用細(xì)胞受到的不同大小或方向的介電泳力而實現(xiàn)細(xì)胞分離，利用微捕獲結(jié)構(gòu)來捕獲單細(xì)胞，通過實驗實現(xiàn)了在一個微流控芯片上集成細(xì)胞分離和單細(xì)胞捕獲兩種功能，本研究主要內(nèi)容如下:

首先，介紹了介電泳原理和流體動力學(xué)原理，根據(jù)粒子的偶極矩公式推導(dǎo)出了介電泳力的公式，分析粒子結(jié)構(gòu)并建立等效細(xì)胞的多層球殼模型，確定了微流體中的粒子受到的主要作用力，用MATLAB仿真軟件進行介電頻率響應(yīng)仿真，得到了酵母菌細(xì)胞、聚苯乙烯小球、THP-1細(xì)胞和OCI細(xì)胞的Re[K(ω)]曲線。通過理論分析，設(shè)計了細(xì)胞分離的微電極和單細(xì)胞捕獲結(jié)構(gòu)，利用輔助軟件AutoCAD、Solidworks建立微流控芯片的模型，導(dǎo)入COMSOL仿真軟件，來研究分析微流控芯片的內(nèi)部電場和流場分布。

其次，根據(jù)微流控芯片的結(jié)構(gòu)和功能，選用濕法腐蝕ITO和濺射金屬鉑來制作微電極，以硅片為基底用SU8負(fù)膠光刻制作微通道和捕獲結(jié)構(gòu)的模具，再用PDMS來制作微通道和捕獲結(jié)構(gòu)，之后用過氧等離子鍵合技術(shù)對微流控芯片進行鍵合，來完成芯片的制作。

最后，搭建了用微流控芯片進行實驗的測試平臺。先用ITO微電極微流控芯片分離酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球；培養(yǎng)兩種直徑相近的人類白血病細(xì)胞(OCI-AML3細(xì)胞和THP-1細(xì)胞)，通過熒光染色分別處理OCI細(xì)胞和THP-1細(xì)胞，用鉑微電極微流控芯片進行細(xì)胞分離實驗，實現(xiàn)了OCI細(xì)胞與THP-1細(xì)胞的連續(xù)分離，并對THP-1細(xì)胞進行單細(xì)胞捕獲，細(xì)胞純化率在94%以上，單細(xì)胞捕獲效率大于94%。