毛细驱动微流控芯片研发及其生物医学应用

微流控芯片技术是将生物、化学实验室的基本功能集成到一个微小的芯片上的技术,近三十年来取得了迅猛的发展,已被广泛的应用在环境监测、食品检测、生化分析、制药工程等领域。相对于传统以石英、玻璃为材料的微流控芯片,以纸作为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,无需外置的泵、阀等优点,这使其在现场检测和临床医疗诊断等领域具有可观的应用前景。本论文在深入学习微流控芯片相关理论和了解国内外微流控芯片领域的研究现状的基础上,结合光敏印章印刷技术,提出了一种毛细驱动微流控芯片的制造方法,并针对毛细驱动微流控芯片研发了一台自动化大通量芯片供液装置,在此基础上,结合毛细驱动微流控芯片和自动化大通量芯片供液装置,进行了一系列生物医学相关的应用实验。论文包括的具体工作如下:1、提出了一种新的基于光敏印章印刷制造毛细驱动微流控芯片的方法。该方法成本低廉、操作简单。从接触角、分辨率、流速流量等多个性能参数出发,研究分析了该方法的可行性及制得芯片的性能。进一步的,在使用该方法制得二维芯片的基础上,基于PDMS固化法将二维芯片层层堆栈制作三维毛细驱动微流控芯片。2、自主设计并制造了一台专用于毛细驱动微流控芯片的自动化大通量芯片供液装置,以解决毛细驱动微流控芯片本身不能实现持续供液的缺陷。该装置由供液和吸液两大功能模块组合而成。此外,该供液装置的主要零件通过FDM三维打印方式制造,可根据具体使用要求实现个性化定制。本论文对该装置的可行性进行实验分析,在该装置上成功进行了浓度梯度实验。3、结合上述方法制得的毛细驱动微流控芯片和自动化大通量芯片供液装置,进行了两项生物医学领域的应用实验研究,分别为芯片上细胞的动态培养实验和多浓度动态药物筛选实验。通过细胞染色实验对芯片上细胞的存活率进行统计分析,通过CCK-8试剂检测芯片上细胞的增殖情况,对芯片上细胞的动态培养进行定性和定量的评估。进一步的,本论文在该供液装置上成功进行了人类乳腺癌细胞的多浓度紫杉醇药物动态筛选实验。这些实验研究为该装置和芯片结合的动态培养方式后期应用于生物医学领域奠定了基础。