細胞水平的微流控疾病診斷和高通量藥物篩選系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來，隨著微流控技術(shù)的迅速發(fā)展，其微流控系統(tǒng)中的流體操控和細胞培養(yǎng)等相關(guān)基礎(chǔ)研究，以及微流控系統(tǒng)中的疾病診斷和疾病治療等相關(guān)應(yīng)用研究方興未艾。有研究表明通過檢測細胞的力學(xué)性質(zhì)，可進行相關(guān)疾病的早期診斷。然而，現(xiàn)有的細胞力學(xué)檢測系統(tǒng)存在裝置復(fù)雜、造價昂貴等缺陷，較難應(yīng)用于基于細胞力學(xué)性質(zhì)的疾病診斷。高通量篩選是現(xiàn)有新藥發(fā)現(xiàn)的主要模式。但現(xiàn)有的高通量篩選系統(tǒng)多以多孔板為液體平臺，機械臂為液體操控手段，存在藥物和試劑消耗量大等缺陷，并且較難

2、實現(xiàn)較為復(fù)雜的藥物篩選。
　　本論文主要分為兩個部分，第一部分構(gòu)建了一套彈性膜的微流控系統(tǒng)，可實現(xiàn)細胞力學(xué)性質(zhì)的分析;第二部分基于多步液滴操控技術(shù)，建立了一套微流控高通量藥物篩選系統(tǒng)。論文分以下幾方面:
　　第一章綜述了微流控系統(tǒng)中的細胞力學(xué)性質(zhì)檢測技術(shù)與高通量藥物篩選技術(shù)。在細胞力學(xué)性質(zhì)檢測技術(shù)中，分別介紹了基于細胞形變性的微流控細胞檢測技術(shù)與原位單細胞細胞力學(xué)性質(zhì)檢測技術(shù)。在微流控高通量藥物篩選技術(shù)中，分別介紹了基于單相

3、流、液滴和微陣列的微流控藥物高通量篩選技術(shù)。
　　第二章建立了一套檢測細胞形變性的微流控系統(tǒng)，初步實現(xiàn)具有不同細胞力學(xué)性質(zhì)的細胞區(qū)分。細胞形變性是細胞力學(xué)性質(zhì)的一種，表達了細胞的軟硬程度或細胞受到形變后恢復(fù)到原始狀態(tài)的能力。本論文在一塊具有雙層通道的微流控芯片中，利用芯片中的PDMS彈性膜壓縮細胞，然后釋放，用CCD記錄細胞形變后的恢復(fù)過程;將該過程用力學(xué)模型擬合后，分別計算得到細胞的特征恢復(fù)時間與特征形變參數(shù)。并以嗜中性白血病細

4、胞（HL60）和成纖維細胞(3T3)為測試對象，考察了系統(tǒng)性能，對這兩種細胞實現(xiàn)了區(qū)分。該系統(tǒng)具有設(shè)備簡單，使用方便，細胞用量少等優(yōu)勢，有望被應(yīng)用于疾病診斷等領(lǐng)域。
　　第三章建立了一套液滴順序操控的微流控系統(tǒng)，可實現(xiàn)液滴中細胞的培養(yǎng)，并應(yīng)用于藥物的高通量篩選。在該系統(tǒng)中，通過在一塊微流控芯片集成微量樣品的量取、混合、運輸、吸取等多步操控，可完成液滴中細胞長時間培養(yǎng)、培養(yǎng)液更換、順序藥物刺激和細胞活性檢測等多種操作。本論文以非小肺