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《重庆大学》 2006年
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一种基于MEMS和细胞电场效应的细胞融合方法的研究

赵志强  
【摘要】: 细胞融合是细胞工程最基本的核心技术之一,是细胞工程研究的重要内容。细胞融合技术已逐步从动物细胞的融合扩展到植物细胞、微生物细胞,甚至真菌的融合,导致了细胞工程技术的新突破。尽管细胞融合技术已经取得了长足进展,但仍然存在着诸多问题。针对目前正在使用的细胞融合技术的不足,本论文研究了一种微型化、可视化、集成化程度高、低成本、不会对细胞产生毒害作用、低电压驱动的细胞融合方法,并研究了与之密切相关的电介质电泳效应。这些研究工作对于发展细胞融合的相关理论和技术具有积极的作用,是在国内具有开拓性和创新性的工作。 本论文的主要研究内容如下: (1)本论文应用细胞工程中的细胞融合理论、电介质物理理论、电场对细胞的作用理论,结合MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微机电系统)技术,研究了一种新型的细胞融合方法。设计并制作完成一种基于MEMS技术和细胞电场效应的、可用于细胞融合的新型芯片——细胞电场效应融合芯片(Cell in Electrical-field Fusion Microchip,CEFM)。在理论分析和实验研究的基础上,并充分参考细胞融合电场诱导法中的相关技术参数,确定了芯片工作的电学条件。设计、制作完成驱动芯片工作的外围电路子系统,驱动细胞电场效应融合芯片正常工作。 (2)根据电介质物理理论和电场理论,在具体研究中特别注意了细胞的电场效应,研究了与CEFM密切相关的细胞电介质电泳效应,构建了细胞在CEFM中的电场效应模型(包括CEFM中悬浮液细胞的电学模型、CEFM中悬浮液细胞的电偶极子模型等)。并在理论分析基础之上,结合细胞电场效应融合芯片的研究进行了相关实验研究。相关工作成果指导了细胞融合芯片及其驱动电路的研制,这部分内容的理论分析与实验研究是CEFM相关研究的第一环节,也是CEFM相关研究中的基础研究环节。 本论文取得了以下主要研究结果: (1)在关于细胞融合芯片中细胞排队方法的研究中,本论文先后研究了基于MEMS的微小室阵列和微电极阵列两种细胞融合芯片的设计思路和方案,并通过实验验证了微电极阵列细胞融合芯片的可行性; (2)根据霍奇金-赫克利斯模型利用类比分析法构建起CEFM中悬浮液细胞的电学模型,从电介质物理Maxwell-Wagner的界面极化理论出发,构建了CEFM中悬浮液细胞的电偶极子模型。并进一步构建了CEFM细胞悬浮液中细胞的介电
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:R318

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