基于化学-温度耦合的微流控芯片及应用研究

论文摘要

探究细胞生存微环境对细胞生理活动的影响是细胞生物学领域的研究热门。生物体内的细胞受到多种物理、化学因素梯度的影响,物理因素包括细胞外基质的温度、密度,以及细胞所受剪切力、压力等,化学因素包括微环境中的各种化学成分,例如生长因子。本研究旨在设计制作一个集成生化因子浓度梯度和温度梯度的微流控细胞培养芯片,使细胞能在其中正常生长并能够同时加载两种因素的梯度,观察细胞是否受到梯度的影响。该平台的搭建能够实现用微流控方法对细胞进行双重梯度的加载,对探究各种细胞对两种梯度的响应具有重要意义。本文首先设计了含有浓度梯度生成模块和细胞培养阵列的PDMS芯片。浓度梯度的形成采用了圣诞树结构,能够在水平方向的五个相互独立的通道内形成由低到高的浓度梯度。通过COMSOL Multiphysics 4.4的仿真分析,红蓝墨水的定性实验和罗丹明123荧光染料的定量实验,综合考虑芯片制作加工等方面,得到了能产生最符合理论浓度梯度的最佳通道尺寸和配速(45μm深,150μm宽,配速20μL/h)。圣诞树型浓度生成模块与细胞培养阵列通过一个5μm高的微结构连接,细胞培养阵列由5?5个微腔室组成。然后进行了以ITO导电薄膜玻璃为原材料的温度梯度加载芯片模块的设计和制作。首先在COMSOL Multiphysics 4.4上进行了ITO玻璃表面温度分布的仿真分析。根据并联和串联电阻薄膜的仿真结果,从电阻薄膜的形状和玻璃基底的形状方面进行了优化,设计了细长型、镂空状的ITO温度梯度芯片,使一片ITO玻璃上能够同时产生多个均一的温度。根据仿真结果,制作了能够同时提供多个温度的温度梯度加载芯片。通过红外热成像法和荧光染料指示温度法,测量了ITO玻璃表面和PDMS芯片内部的温度,在PDMS芯片内部得到了实验所需的离散温度分布(37.6、38.6、39.3、40.2、40.3℃)。将PDMS芯片和ITO温度梯度芯片进行可逆键合,浓度梯度生成模块提供0、25、50、75、100 ng/mL的NGF浓度梯度,温度梯度生成模块提供37.6、38.6、39.3、40.2、40.3℃的温度梯度。在PDMS芯片内进行PC12细胞的培养和诱导分化研究。通过对PC12细胞分化程度的分析,发现在芯片内生长的PC12细胞的确受到了温度梯度和生长因子浓度梯度的影响而表现出不同的分化程度。该实验证明,本文搭建的双因素加载的微流控细胞培养芯片能够有效地为细胞提供温度梯度和生化因子浓度梯度的加载。综上,本研究实现了微流控平台上的多个温度并行加载,并实现了浓度梯度和温度梯度的同时加载,对研究双因素对细胞生长等生理活动的影响提供了有效的实验平台。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈梦迪

导师: 杨军

关键词: 微流控芯片,细胞培养,温度梯度,浓度梯度

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 重庆大学

分类号: Q25

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000753

总页数: 83

文件大小: 4504k

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