鞘流式细胞分选微流控芯片的结构设计与制备开题报告

3.0 闻远设计 2023-08-10 26 4 596.46KB 8 页 15光币

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课题名称鞘流式细胞分选微流控芯片的结构设计与制备

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一、文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的

意义和价值、参考文献）

1.课题研究的现状和发展趋势

微流控芯片技术起源于分析化学领域的微全分析系统概念，目前其研究和应用范围

已经逐渐扩大至生物学、医学、药学、组织工程、材料科学等重要领域，成为其核心研

究工具[1]。在 10~100 宽的沟道系统中对流体或气体进行操控的技术称为微流控技术，以

该技术为核心，通过 MEMS 技术加工出应用于生物、化学、生物医药等领域的芯片型微全

分析系统称为微流控芯片[2] 。以多聚物为基片的微流控芯片制作方式目前有激光烧蚀

法、LIGA 技术、热压法和注塑法等。

在微流控芯片分析领域，国内研究在对传统技术深度挖掘和对新技术快速追踪基础

上，也在逐步形成了自身特色和优势。将一些新兴分析测试原理和技术与微流控芯片结

合，研发新型的微流控芯片分析技术和方法是其重要的创新方向和领域，国内学者在这

方面进行了探索[3]。微流控芯片发展趋势主要为细胞分离/捕获、单细胞分析、器官芯

片、即时检验和临床检验。如进行 CTCs 的定量分析，进行癌症转移进程、癌症早期诊

断、以及药物疗效快速评估的研究[4]。单细胞分析有助于深入了解细胞异质性，对癌症

研究、术后疗效评估、免疫应激研究等具有重要意义。器官芯片指利用微流控系统对微

流体、细胞及其微环境的灵活操控能力，在微流控芯片上构建可模拟器官功能的集成微

系统，为体外药物筛选和生物医学研究提供更接近人体真实生理和病理条件的，成本更

低的筛选和研究模型[5]。从简单细胞三维培养、多细胞共培养开始，器官芯片已经向着

结构和功能都更接近真实器官的方向发展。目前研究工作大多是利用芯片微结构、生物

材料辅助、多种细胞共同培养等方法模拟某个器官或组织，如骨骼、血管、皮肤，或者

更进一步模拟出肝小叶的形状、小肠绒毛的褶皱、肺器官的气液界面等[6]。

在流式分选过程中，鞘液是辅助样本流被正常检测的基质液，其主要作用是包裹在

样本流的周围，使其保持处于喷嘴中心位置以保证检测的精确性，同时又防止样本流中

细胞靠近喷孔壁而堵塞喷孔[7]。（图1）

图1

2.细胞分选微流控芯片细胞化学性质差异

亲和性分选是微流控芯片细胞分选中最经典的方法，通过在芯片内部的微结构上固

定能与目标细胞结合的特定的抗体或配体，例如当样品流经微通道时，固定在微通道中

的抗体通过与细胞表面抗原特异性结合将 CTCs 捕获并保留在芯片内，其他细胞随缓冲液

流出芯片[8]。

3.细胞分选微流控芯片细胞物理性质差异

基于物理性质差异的分选方法不依赖细胞表面标志物，操作简单成本低，且分选后

收集的细胞可以结合多种抗体进行标志物鉴别，而且样品流速大能够实现高通量分选。

在捕获之前需用荧光染料对细胞进行染色，当经荧光染色或标记的单细胞悬液放入样品

管中，被高压压入流动室内。流动室内充满鞘液，在鞘液的包裹和推动下，细胞被排成

单列，以一定速度从流动室喷口喷出[9]。在流动室的喷口上配有一个超高频的压电晶

体，充电后振动，使喷出的液流断裂为均匀的液滴，待测细胞就分散在这些液滴之中。

将这些液滴充以正、负不同的电荷，当液滴流经过带有几千伏的偏转板时，在高压电场

的作用下偏转，落入各自的收集容器中，没有充电的液滴落入中间的废液容器，从而实

现细胞的分离[10]。

4.鞘流式细胞分选微流控芯片设计存在问题

（1）在分选流式细胞仪中，过滤器被堵塞或存在空气栓塞、喷嘴不清洁或安装不到

位，均对液流稳定性有决定性影响[11]。

（2）鞘液纯净度、吸光度、PH 值、渗透压对检测结果产生的影响。应保证 1)分选

实验室温度恒定；2)鞘液在前一天结束工作后装入，或至少在分选实验室放置一

夜；3)每天开机、开启液流后令仪器热平衡 30min，能有效消除温度变化导致的液流

不稳定[12]。

（3）鞘流粘度对流速产生影响。当鞘流粘度不一致时，样本流会被非对称聚焦，同

时流速曲线呈现明显的非对称趋势[13]。(图 2)

图2鞘流粘度对流速影响仿真示意图

5.本课题研究的意义

本课题开发进行细胞分选的微流控系统，具备操作简单、相应快捷、价格相对低廉

优点。广泛应用于免疫学、细胞生物学、肿瘤学、血液学、药物开发、环境检测、食品

卫生防疫等科学研究和工作中[14]。通过对鞘流式细胞分选的研究，解决过滤器对液流稳

定性影响，以及流体速度瞬态变化的问题，保证细胞轨迹可控[15]。

参考文献

[1]黄涛,周奇,宫东伟,等. 肝癌SMMC-7721 细胞中侧群细胞分选及其生物学特性的研究[J]. 中国病理生

理杂志,2011(3):523-527

[2]徐溢,倪雅楠,李栋顺. 聚焦2010 年度《分析化学》微流控芯片分析发展和应用[J]

分析化学,2011,39(12):1936-1939.

[3]庞中华,宋满仓,刘莹,等. 微流控芯片技术的现状与发展[J]. 塑料,2010(3):11-13.

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学生姓名课题名称鞘流式细胞分选微流控芯片的结构设计与制备阅读文献情况国内文献16篇开题日期国外文献4篇开题地点一、文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献）1.课题研究的现状和发展趋势微流控芯片技术起源于分析化学领域的微全分析系统概念，目前其研究和应用范围已经逐渐扩大至生物学、医学、药学、组织工程、材料科学等重要领域，成为其核心研究工具[1]。在10~100宽的沟道系统中对流体或气体进行操控的技术称为微流控技术，以该技术为核心，通过MEMS技术加工出应用于生物、化学、生物医药等领域的芯片型微全分析系统称为微流控芯片[2]。以多聚物为基片的微流控芯片制...

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