毛細驅動微流控芯片研發及其生物醫學應用

微流控芯片技術是將生物、化學實驗室的基本功能集成到一個微小的芯片上的技術,近三十年來取得了迅猛的發展,已被廣泛的應用在環境監測、食品檢測、生化分析、制藥工程等領域。相對于傳統以石英、玻璃為材料的微流控芯片,以紙作為基底材料的微流控芯片具有更好的生物兼容性、更低的成本,無需外置的泵、閥等優點,這使其在現場檢測和臨床醫療診斷等領域具有可觀的應用前景。本論文在深入學習微流控芯片相關理論和了解國內外微流控芯片領域的研究現狀的基礎上,結合光敏印章印刷技術,提出了一種毛細驅動微流控芯片的制造方法,并針對毛細驅動微流控芯片研發了一臺自動化大通量芯片供液裝置,在此基礎上,結合毛細驅動微流控芯片和自動化大通量芯片供液裝置,進行了一系列生物醫學相關的應用實驗。論文包括的具體工作如下:1、提出了一種新的基于光敏印章印刷制造毛細驅動微流控芯片的方法。該方法成本低廉、操作簡單。從接觸角、分辨率、流速流量等多個性能參數出發,研究分析了該方法的可行性及制得芯片的性能。進一步的,在使用該方法制得二維芯片的基礎上,基于PDMS固化法將二維芯片層層堆棧制作三維毛細驅動微流控芯片。2、自主設計并制造了一臺專用于毛細驅動微流控芯片的自動化大通量芯片供液裝置,以解決毛細驅動微流控芯片本身不能實現持續供液的缺陷。該裝置由供液和吸液兩大功能模塊組合而成。此外,該供液裝置的主要零件通過FDM三維打印方式制造,可根據具體使用要求實現個性化定制。本論文對該裝置的可行性進行實驗分析,在該裝置上成功進行了濃度梯度實驗。3、結合上述方法制得的毛細驅動微流控芯片和自動化大通量芯片供液裝置,進行了兩項生物醫學領域的應用實驗研究,分別為芯片上細胞的動態培養實驗和多濃度動態藥物篩選實驗。通過細胞染色實驗對芯片上細胞的存活率進行統計分析,通過CCK-8試劑檢測芯片上細胞的增殖情況,對芯片上細胞的動態培養進行定性和定量的評估。進一步的,本論文在該供液裝置上成功進行了人類乳腺癌細胞的多濃度紫杉醇藥物動態篩選實驗。這些實驗研究為該裝置和芯片結合的動態培養方式后期應用于生物醫學領域奠定了基礎。