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数字化细胞微注射技术及其应用研究

刘天军  
【摘要】:目前广泛采用的细胞微注射系统在进行细胞注射时,采用手动操作或机械手进行细胞寻找、定位、吸持,注射。存在着系统复杂及注射量控制精度低等缺点。研究可使细胞微注射操作简单、注射量控制精确、注射成功率高的细胞微注射技术成为细胞工程的一个重要课题。 微流体数字化技术是南京理工大学微系统研究室最新取得的重要研究成果。微流体数字化技术的研究在基本概念上和理论上有原创性,为建立与信息数字化、能量传输及固体运动数字化有等同意义的物质传输数字化开辟了道路,对微流体系统的研究和技术进步有重要意义。本论文是上述微流体数字化技术在细胞微注射技术上的应用研究,在数字化细胞微注射技术的理论研究、相应仪器设备的设计和制造、以及细胞微注射的实验研究等方面取得了以下创新性成果。 提出了摒弃借助显微技术寻找细胞的被动方法,而采用主动输出细胞,使细胞输送、吸持、注射自动化,并在注射过程中实现未被注射细胞与已被注射细胞分离和计数。 研制出数字化细胞自动输送器,经活体细胞的输送、吸持、注射自动化实验研究,实现了细胞微注射中的细胞微米级自动化输送;实现了利用吸持器对输送细胞的吸持和释放;实现了细胞输送、吸持、释放动作顺序的数字化控制。 提出了利用电致伸缩陶瓷微位移器进行注射针的穿刺运动控制,利用压电陶瓷微位移器进行注射量控制的数字化注射器设计思想,研制了数字化细胞微注射器,进行了微注射实验。 研制出了细胞微注射配套微工具制造设备—拉针器和锻针器的实验样机,该样机性能良好、工作稳定可靠,已接近商品化水平。在该样机上拉制出了满足细胞微注射实验要求的微注射针,拉制出了满足数字化细胞微注射实验要求的细胞输送玻璃微管道,制造出了满足数字化细胞微注射实验要求的细胞吸持针。 建立了玻璃微针的临界喷射模型,运用该模型取得了微针临界喷射流动的几何条件及能量条件的研究结果。


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