仿生稳定微环境细胞培养芯片的设计与制作

发布时间：2017-09-27 02:07

  本文关键词：仿生稳定微环境细胞培养芯片的设计与制作

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【摘要】：细胞体外培养是细胞研究的重要内容之一。微流控芯片通过对微通道网络中流体的控制可以模拟细胞在体环境,目前已经成为重要的细胞体外培养平台。芯片内的微环境对细胞的生长具有关键性的影响。利用微流控芯片进行细胞实验时需要向培养腔中注入培养液、药物溶液等,但是在进行细胞培养、药性分析、胞间作用分析等操作中,注入液体的扰动会使芯片培养腔内细胞生存微环境发生改变,进而影响药物分析的结果。设计一种能够抵抗外部液流扰动的微流控芯片在细胞药物分析上具有重要意义。对此,本文开展了如下研究：(1)研究双子叶植物网状脉序水分输运过程。双子叶植物的叶脉具有网状脉序结构,其叶脉水分输运系统遵循Murray定律。由于网孔结构的存在,叶肉细胞生长在一个浓度均一、压力平稳、液流稳定的微环境中。叶肉细胞生活在细脉包围的网孔中,水分和无机盐通过网孔导管侧壁上的纹孔进入叶肉细胞组织。当叶片表面受到伤害或者产生流量波动时,网孔结构抵抗外部扰动的能力与网孔的形状有关。本文通过改变边数来改变网孔的形状,随着网孔边数的增多,叶脉冗余度增大,叶片抵抗外部流量波动的能力逐渐增强,在边数n=8时,叶脉抵抗导管中流量波动的能力达到最强。(2)仿生芯片的设计与制作。仿生芯片包括流体通道层、盖片层和细胞进样层三部分。根据网孔结构的冗余输运过程和细胞体外培养的要求,设计出正四边形、正五边形、正六边形、正七边形和正八边形5种不同形状的细胞培养腔结构。对芯片细胞培养腔内的微流场进行了数值模拟,证明仿生结构模型培养腔内具有小且均匀的液体流速,且能有效抵抗外部液流扰动。利用MEMS工艺制作出所设计的仿生芯片。(3)利用粒子速度测量的方法研究培养腔内微流体的运动特性。以聚苯乙烯微球作为示踪粒子,利用粒子测速技术测量简单的单通道结构和仿生结构培养腔内微流体的速度,并研究其速度分布规律。通过调整入口流速的方法模拟外部液流的扰动,研究不同形状培养腔内的微流体运动情况及抵抗干扰的能力,以此优化细胞培养腔的形状。利用所设计芯片进行PC12细胞的培养,观察细胞在普通培养瓶和仿生芯片中的生长状况,验证所设计的仿生芯片的实际功能。
【关键词】：微流控芯片 仿生设计 冗余输运 细胞培养
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q813
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 本文的研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 基于微流控芯片的细胞培养11-14
• 1.2.2 微流控芯片的细胞微环境研究14-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 2 双子叶植物网状脉序水分输运过程19-28
• 2.1 植物叶脉的形态19-20
• 2.2 网状脉的功能特征20-25
• 2.2.1 网状脉中水分输运过程20-21
• 2.2.2 网孔结构的特征参数21-25
• 2.3 网状脉的尺寸分布特征25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 仿生微流控芯片的设计与制作28-42
• 3.1 仿生细胞培养腔设计28-30
• 3.1.1 仿生原理28-29
• 3.1.2 细胞培养腔的结构设计29-30
• 3.2 仿生微流控芯片的流体仿真分析30-35
• 3.2.1 简单的单通道模型和仿生结构模型对比30-33
• 3.2.2 仿生通道模型微流体的动态特性33-35
• 3.3 仿生微流控芯片的整体设计35
• 3.4 仿生微流控芯片的制作35-40
• 3.4.1 片材料的选择35-36
• 3.4.2 模具的制作36-38
• 3.4.3 芯片的制作过程38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 仿生微流控芯片体系微流体与细胞实验42-58
• 4.1 粒子速度测量42-43
• 4.1.1 粒子速度测量原理42-43
• 4.1.2 示踪粒子的选取43
• 4.2 粒子测速平台的搭建43-46
• 4.2.1 实验材料与设备44
• 4.2.2 聚苯乙烯微球悬浮液的配制44-45
• 4.2.3 实验平台的搭建45
• 4.2.4 Image Pro Plus 6.0软件的标定45-46
• 4.3 简单的单通道结构和仿生结构培养腔内微流体的运动46-49
• 4.3.1 微量注射泵入口速度的确定46-47
• 4.3.2 粒子测速实验过程47
• 4.3.3 粒子运动图像分析47-48
• 4.3.4 实验结果48-49
• 4.4 仿生结构培养腔内微流体的运动分析49-52
• 4.4.1 微流体运动实验49
• 4.4.2 运动分析结果49-52
• 4.5 仿生结构培养腔内微流体的稳定性分析52-53
• 4.5.1 稳定性实验52
• 4.5.2 实验结果分析52-53
• 4.6 仿生微流控芯片平台下PCl2细胞培养53-57
• 4.6.1 实验材料及设备53-55
• 4.6.2 微流控平台中的PCl2细胞的培养55-56
• 4.6.3 细胞培养结果56-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 全文总结与工作展望58-60
• 5.1 全文总结58
• 5.2 研究展望58-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 发表论文63
• 国家发明专利63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵毅;刘刚;蔡绍皙;陈斯佳;李博;邹米莎;吴泽志;;基于微流控芯片构建的肿瘤细胞三维共培养模型[J];科学通报;2014年Z2期

2 李瑞;徐建栋;邓玉林;;微流控细胞培养芯片及其应用[J];航天医学与医学工程;2013年04期

3 李乐;曾辉;郭大立;;叶脉网络功能性状及其生态学意义[J];植物生态学报;2013年07期

4 申峰;刘赵淼;;显微粒子图像测速技术——微流场可视化测速技术及应用综述[J];机械工程学报;2012年04期

5 刘文明;李立;任丽;王建春;涂琴;王雪琴;王进义;;微流控细胞芯片生命分析应用多元化[J];分析化学;2012年01期

6 姚琳;白亮;吴亮其;丁永胜;;微流控芯片技术在细胞生物学研究中的应用进展[J];中国细胞生物学学报;2011年11期

7 卢斯媛;蔡绍皙;戴小珍;陈思佳;宋振;;浓度与压力梯度可调的三维细胞培养微流控芯片的研制[J];医用生物力学;2011年04期

8 戴小珍;蔡绍皙;蒋稼欢;麻开旺;;微流控技术对细胞微环境的模拟及应用研究[J];生物物理学报;2010年03期

9 孔永;秦秀云;;动物细胞培养技术研究进展[J];重庆文理学院学报(自然科学版);2007年04期

10 王昊利,王元;Micro-PIV技术-粒子图像测速技术的新进展[J];力学进展;2005年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 徐鹏;树状分形分叉网络的输运特性[D];华中科技大学;2008年

2 关水;益智仁中原儿茶酸对PC12细胞保护作用研究[D];大连理工大学;2006年

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本文编号：927010