硅微通道阵列红细胞变形性测量系统及测控技术研究

论文摘要

红细胞变形性是指红细胞在流动过程中的变形能力,它是血液流变学的重要指标,具有重要的病理和生理意义,对红细胞变形性的研究是细胞流变学最重要的研究内容之一。目前有多种检测红细胞变形性的方法,而随着细胞流变学的发展,现有的研究手段和技术日益显露局限,对新技术、新方法和新手段的需求就成了细胞流变学发展的必然要求。正是在这种背景下,本文研究了一种新的方法——硅微通道阵列红细胞变形性检测技术。该方法在实验室课题组的努力下已经取得许多的进展。论文针对原系统的芯片的封装,流路的密闭性,数据的采集,软件设计等方面做了进一步的研究和改进:①作者利用CoventorWare软件的Microfluidics模块对现有的芯片进行了流体仿真,比较了微通道结构和人体微循环之间的异同;同时,采用先进的硅--玻键合技术,在合作单位信息部电子24所完成了一批键合芯片,增强了芯片的密封性;②重新设计并用有机玻璃材料制作了新的流路系统,流路的一体化设计增强了整体流路的密闭性,解决了原来采用负压驱动时带来的腔体密封问题;③重新设计了电路和数据采集系统,简化了电路系统,使数据采集更加方便;④重新设计了软件系统,完成了Q-V曲线的自动生成;⑤重新设计了系统观测平台,使之和显微镜载物台更好的配合。论文对改进后的硅微通道阵列红细胞变形性检测系统进行了重复性验证实验。结果表明对系统的改进已经在一定程度上提高了系统的重复性和可靠性。该系统的试验结果为硅微通道红细胞变形性测量方法的推广奠定了基础。可以看出这是一种在血液流变学研究与临床上经济、方便、准确、多信息量的有效方法。同时,也为这一新方法在细胞流变学领域中更深入的发展打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 红细胞变形性
• 1.1.1 影响红细胞变形性的因素
• 1.1.2 红细胞变形性的病理和生理意义
• 1.2 MEMS 加工技术及微流控芯片的应用
• 1.2.1 MEMS 加工技术
• 1.2.2 微流控芯片的应用
• 1.2.3 微流控芯片实验室整体框架
• 1.3 论文主要内容
• 2 红细胞变形性测定方法和基本原理
• 2.1 现有红细胞变形性检测技术的原理及应用
• 2.1.1 红细胞变形性的几种典型检测技术
• 2.1.2 微通道测量红细胞变形性技术
• 2.2 硅微通道阵列红细胞变形性检测方法的理论分析
• 2.2.1 硅微通道阵列芯片的结构分析
• 2.2.2 硅微通道阵列测量红细胞变形性的理论模型
• 3 硅微通道芯片的的设计、仿真及加工
• 3.1 芯片版图的设计
• 3.2 基于 MICROFLUIDICS 的硅微通道芯片仿真
• 3.2.1 仿真参数
• 3.2.2 流体仿真三维图形设计
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 流体仿真结果
• 3.3 芯片的加工
• 4 流路测控系统的设计
• 4.1 流路及压力系统
• 4.1.1 流路设计
• 4.1.2 压力的产生和控制
• 4.1.3 芯片固定方式
• 4.1.4 实验台和流路观察
• 4.2 流路硬件电路设计
• 4.2.1 流速测量电路
• 4.2.2 压力信号采集电路
• 4.2.3 信号采集电路
• 4.2.4 图像采集系统
• 5 软件设计
• 5.1 高速图象采集模块
• 5.2 红细胞图象处理模块
• 5.3 红细胞流变性测量模块
• 5.3.1 数据采集的软件实现
• 5.3.2 图像采集的软件实现
• 5.3.3 软件界面的实现
• 5.3.4 数据存储
• 6 实验结果及讨论
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验材料及准备
• 6.2.1 实验试剂
• 6.2.2 配套仪器
• 6.2.3 试样制备
• 6.2.4 红细胞变形性参数指标
• 6.3 实验过程
• 6.4 实验结果及讨论
• 7 结论及展望
• 7.1 论文完成的主要研究工作和意义
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录