【摘要】：細胞是生物及生命活動(dòng)的基本單位，利用微流控芯片技術(shù)來(lái)操縱和研究細胞，通過(guò)研究單細胞可以看出細胞異質(zhì)性對機體功能和狀態(tài)的影響，研究不同單細胞的病理特征，對分析細胞代謝、細胞紊亂等細胞活動(dòng)具有非常重要的意義。細胞分離和單細胞捕獲作為研究單細胞的重要手段，其在生命科學(xué)和化學(xué)分析等領(lǐng)域中有著(zhù)廣泛應用。

本研究結合了介電泳原理非侵入、免標記和流體動(dòng)力學(xué)原理低成本的優(yōu)點(diǎn)，設計并制作了集成單細胞捕獲的介電泳連續分離微流控芯片，并利用細胞受到的不同大小或方向的介電泳力而實(shí)現細胞分離，利用微捕獲結構來(lái)捕獲單細胞，通過(guò)實(shí)驗實(shí)現了在一個(gè)微流控芯片上集成細胞分離和單細胞捕獲兩種功能，本研究主要內容如下:

首先，介紹了介電泳原理和流體動(dòng)力學(xué)原理，根據粒子的偶極矩公式推導出了介電泳力的公式，分析粒子結構并建立等效細胞的多層球殼模型，確定了微流體中的粒子受到的主要作用力，用MATLAB仿真軟件進(jìn)行介電頻率響應仿真，得到了酵母菌細胞、聚苯乙烯小球、THP-1細胞和OCI細胞的Re[K(ω)]曲線(xiàn)。通過(guò)理論分析，設計了細胞分離的微電極和單細胞捕獲結構，利用輔助軟件AutoCAD、Solidworks建立微流控芯片的模型，導入COMSOL仿真軟件，來(lái)研究分析微流控芯片的內部電場(chǎng)和流場(chǎng)分布。

其次，根據微流控芯片的結構和功能，選用濕法腐蝕ITO和濺射金屬鉑來(lái)制作微電極，以硅片為基底用SU8負膠光刻制作微通道和捕獲結構的模具，再用PDMS來(lái)制作微通道和捕獲結構，之后用過(guò)氧等離子鍵合技術(shù)對微流控芯片進(jìn)行鍵合，來(lái)完成芯片的制作。

最后，搭建了用微流控芯片進(jìn)行實(shí)驗的測試平臺。先用ITO微電極微流控芯片分離酵母菌細胞和聚苯乙烯小球；培養兩種直徑相近的人類(lèi)白血病細胞(OCI-AML3細胞和THP-1細胞)，通過(guò)熒光染色分別處理OCI細胞和THP-1細胞，用鉑微電極微流控芯片進(jìn)行細胞分離實(shí)驗，實(shí)現了OCI細胞與THP-1細胞的連續分離，并對THP-1細胞進(jìn)行單細胞捕獲，細胞純化率在94%以上，單細胞捕獲效率大于94%。