基于SOI的细胞电融合原理性芯片的研制与细胞排队及融合实验研究

论文摘要

细胞融合也称细胞杂交、原生质体融合或体细胞杂交。其工作原理是通过介导和培养,在离体条件下用人工方法将两个或者多个细胞通过无性方式融合成单核或多核的杂合细胞。杂合细胞得到了来自两个细胞的遗传物质,从而具有新的遗传或生物特性,可以培养成为新的物种、品系或成为新的细胞工程产品。细胞融合技术经历了生物、化学和物理诱导等几个发展阶段,到20世纪80年代,产生了细胞电融合技术,相对于传统的细胞融合手段,该方法具有效率较高,操作简便、对细胞无毒害,便于观察,适于仪器应用和规范操作等优点,但传统的细胞电融合系统也存在一些问题,不利于细胞电融合技术向集成化、便携式等方向发展,也束缚了它的广泛使用。本文提出了低压方式驱动条件下,基于MEMS技术的微型高通量细胞电融合原理性芯片方案。该方案的基本思想是以MEMS技术制造微通道,缩短电极间的相互距离,这样可以在低电压驱动条件实现细胞电融合。本课题的研究重点在于细胞电融合原理性芯片的研制及细胞排队及电融合实验的初步研究。在本课题中,我们依据细胞电融合理论,结合MEMS技术,提出了细胞电融合芯原理性片的设计方案,并完成了该芯片的加工、封装,得到了可用于细胞电融合试验的芯片。同时,根据细胞电融合实验的要求,搭建了细胞电融合实验平台系统。并利用该实验平台系统,进行了细胞融合的相关实验:①基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验研究;②细胞电融合原理性芯片的细胞电融合实验研究。在基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验中,细胞在芯片中的排队作用明显,细胞在电介质电泳力的作用下,形成了明显的细胞株串。在细胞电融合实验中,观察到了细胞电融合的现象。实验验证了我们所提出设计、加工的细胞电融合原理性芯片能实现细胞电融合,为进一步改进芯片设计,提高细胞电融合效率奠定了良好基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 细胞融合
• 1.2 细胞融合技术的意义
• 1.3 细胞融合技术综述
• 1.3.1 生物诱导技术
• 1.3.2 化学诱导技术
• 1.3.3 电场诱导技术
• 1.3.4 激光诱导技术
• 1.3.5 空间诱导技术
• 1.4 微电子机械系统（MEMS）
• 1.4.1 微电子机械系统
• 1.4.2 MEMS 技术的应用与意义
• 1.5 课题的提出
• 1.6 本论文的研究内容
• 2 细胞电融合机制与模型及系统设计
• 2.1 细胞电融合机制与模型
• 2.1.1 细胞排队的机制与模型
• 2.1.2 细胞电融合的机制与模型
• 2.2 细胞电融合系统设计
• 2.2.1 实验平台的建立
• 2.2.2 细胞电融合电信号的研究与实现
• 3 基于MEMS 的细胞电融合原理性芯片的设计
• 3.1 COVENTOR WARE 软件简介
• 3.2 细胞电融合原理性芯片的设计方案及结构选择
• 3.3 细胞电融合原理性芯片的材料选择
• 3.3.1 基底材料
• 3.3.2 电极材料
• 3.3.3 表面镀层/绝缘层材料
• 3.4 细胞电融合原理性芯片的设计
• 3.4.1 ProcessEditor 图层设计
• 3.4.2 细胞电融合原理性芯片的二维平面设计
• 3.5 细胞电融合原理性芯片的三维重建
• 3.6 细胞电融合原理性芯片的局部优化设计
• 3.6.1 芯片电阻抗
• 3.6.2 引线氧化及断线
• 3.6.3 细胞在微沟道内部黏附现象
• 4 细胞电融合原理性芯片的加工
• 4.1 细胞电融合原理性芯片的加工工艺
• 4.2 细胞电融合原理性芯片的出片
• 4.3 芯片的封装
• 5 基于细胞电融合的实验研究
• 5.1 实验仪器和材料
• 5.2 实验方法
• 5.3 基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验研究
• 5.3.1 基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验结果
• 5.3.2 基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验仿真分析
• 5.3.3 基于细胞介电电泳效应的细胞排队实验结论
• 5.4 基于细胞电融合原理性芯片的细胞电融合实验研究
• 6 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.1.1 课题取得的进展
• 6.1.2 课题存在的不足
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录