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基于微流控芯片的细胞内钙离子检测及细胞驱动技术的研究

周围  
【摘要】:微流控芯片由于其集成化和微型化使得样品处理时间大幅缩短,检测分辨率显著提高以及消耗和成本大幅降低。基于以上优点,微流控芯片在化学方面、生物学和医学方面、光学方面和信息学方面得到了广泛的应用。钙离子为细胞中第二信使,是细胞进行各种生命活动的主要调节枢纽之一,在信号转导中发挥着重要作用。某些疾病的发生、发展往往是由于细胞内钙离子浓度异常所致,通过准确测量细胞内游离钙离子的浓度,可以提供它与疾病间相关联的直接证据,有助于疾病的诊断、治疗和愈后判断,因此研究钙离子浓度与细胞功能的关系具有十分重要的意义。 本论文是在天津市自然科学基金资助项目“用于活体细胞内钙离子测量的微流控芯片及检测系统研究”的资助下,以微流控芯片为载体利用比值荧光法对细胞内钙离子浓度进行测量,并研究了物理性刺激对血管内皮细胞和滑膜细胞内钙离子浓度的影响,为揭示一些疾病的发病机制和病变过程提供实验依据,对疾病的治疗起到指导作用。同时,论文在研究了光镊技术理论的基础上搭建了光镊实验平台,并利用此平台成功地实现了光镊在微流控芯片中对酵母菌细胞和血红细胞的稳定捕陷,分别在轴向和横向对微粒进行了操纵,为微流控芯片内细胞的驱动开辟一条新的途径。 本文的创新性工作包括: 1.在对微流控芯片技术研究的基础上设计制作了用于测量细胞内钙离子浓度的微流控芯片。针对传统的进样方法严重影响芯片通道内液体压力平衡而导致细胞无法停留的缺点改进了细胞的加载方式。使用移液器将一定浓度的细胞溶液注入芯片的入口池,利用管道出入口的液面差产生的液体静压力驱动细胞进入芯片通道并到达检测区域。 2.在对微流控芯片的应用进行研究的基础上,提出了利用微流控芯片检测细胞内钙离子浓度的具体方案,开发了荧光显微成像系统,以此在微流控芯片中测量了滑膜细胞内钙离子浓度,并研究了钾离子对细胞内钙离子浓度的影响。实验证明了利用微流控芯片定量检测细胞内的钙离子浓度的可行性。 3.利用荧光显微成像系统研究了物理性刺激对细胞内钙离子浓度的影响,得出了热刺激和剪切力都会诱发细胞内钙离子浓度升高的结论。此结论为揭示一些疾病的产生机理提供实验依据,同时对于疾病的治疗具有指导作用。 4.论文在微流控芯片上应用了光镊效应。在对光镊技术进行了理论分析和数值模拟的基础上开发了光镊实验平台,并在微流控芯片中实现了对酵母菌细胞和血红细胞的光镊操纵,为微流控芯片中细胞的驱动与检测的集成奠定基础。


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