摘要
随着生物医学技术的发展，单细胞水平的个性化诊断和治疗在医学领域变得越来越重要。作为最强大的工具之一，微流控芯片已显示出与细胞分离，细胞增殖和细胞行为分析相关的各种应用的巨大潜力。传统加工微流控芯片的方法，操作复杂、制作时间较长、价格昂贵、不擅长加工尺寸较小的芯片。近年发展起来的微纳加工技术，能够实现小尺度的芯片制造。当前，适用于生物医学实验、加工便捷的水凝胶材料得到研究者的关注，微纳加工技术在水凝胶方面的应用成为一个热门的研究方向。 本文采用一种基于数字微镜阵列(DMD)的光流体无掩模光刻技术，用于快速制造集成有微孔的微流体器件。通过DMD无掩模光刻技术，实现对微孔在线设计。在光流体无掩模光刻系统下，通过聚乙二醇二甲基丙烯酸(PEGDMA)中加入光引发剂的方式，使其固化成为不同形状与尺寸的微坑阵列。采用扫描电子显微镜(SEM)对制作的微孔阵列进行扫图，观察微阵列的固化效果。采用原子力显微镜(AFM)对制造的水凝胶阵列进行杨氏模量测量。结果表明，DMD无掩模光刻系统能够实现对微孔阵列的高通量加工，微孔阵列结构规整、性能均一。基于水凝胶微孔阵列制作了微流控芯片。通过微量泵注入聚苯乙烯微球与乳腺癌细胞悬液到水凝胶微流控芯片中，观察所制造的微孔阵列对微球与细胞的捕获情况，并利用COMSOL仿真软件，对规则排布与交叉排布微孔阵列、不同形状与高度的微孔阵列进行流场仿真，最后结合实验与仿真结果进行理论分析。结果表明，水凝胶微流控芯片，能够实现高通量的微球捕获，对不同结构水凝胶微孔阵列进行的微球捕获实验中发现，捕获的微球与细胞多位于微孔的中部，浅层微坑捕获到的粒子停留在微坑周围，且小概率捕获到粒子。基于对微孔阵列进行的实验、流场仿真及分析，认为粒子在微坑不同位置处受到斯托克斯力、附加质量力等的差异，是产生不同捕获效果的根源。 本文基于数字微镜阵列(DMD)的光流体无掩模光刻技术，实现了对PEGDMA微坑阵列的快速制造、表征及材料性能的测定;基于制造的微流控芯片，开展了微球、细胞捕获实验及仿真分析，实现了单细胞与多细胞的捕获，得到了微孔结构参数与悬浮液浓度对捕获结果的影响规律，对未来水凝胶芯片的性能提高、实现批量生产，具有实际意义。
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