【摘 要】
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细胞或微粒的操控对于病理学、药物筛选和细胞工程具有重要意义。微粒由于表面可以与各种受体结合,常被用于细胞生物学分析。与传统分析仪器相比,微流控芯片装置因其尺寸小、携带方便、试剂消耗少、样品处理速度快及流体可控等特点,在细胞培养、捕获和检测等细胞工程中得到了广泛应用。在这些应用中,微流控芯片内的微陷阱或微过滤器的集成是实现单细胞或微粒快速分选和分析的有效方法。然而,这些微特征结构是预先设计的,不能根
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细胞或微粒的操控对于病理学、药物筛选和细胞工程具有重要意义。微粒由于表面可以与各种受体结合,常被用于细胞生物学分析。与传统分析仪器相比,微流控芯片装置因其尺寸小、携带方便、试剂消耗少、样品处理速度快及流体可控等特点,在细胞培养、捕获和检测等细胞工程中得到了广泛应用。在这些应用中,微流控芯片内的微陷阱或微过滤器的集成是实现单细胞或微粒快速分选和分析的有效方法。然而,这些微特征结构是预先设计的,不能根据各种细胞状态灵活地改变。因此,开发一个高效的平台来实现实时、快速、精确的细胞或微粒的捕获与分选是非常必要的。基于数字微镜器件（DMD）的无掩膜光刻技术具有高效率、易操作和灵活的图形生成等特点,显示出其优于其他传统光刻技术的优势,已被广泛应用于微流控芯片中。尽管一些研究已经证明了它在微流体芯片中用于包装和运输细胞或微粒的应用,但是缺乏能够在微通道内实时捕获和分选特定目标的高效制造技术。本文创造性地提出了一种简单有效的微粒原位捕获与分选方法,称为受控流中基于DMD的原位数字投影光刻方法（MLIP-CF）,它将图像处理和流体控制集成到传统的基于数字微镜器件（DMD）的无掩膜光刻技术中。当目标微粒出现在视野中时,停止液体流动;在实时图像处理的帮助下,快速解析微粒轮廓信息;根据这些信息,原位生成用户定制的微粒捕集器阵列、微粒过滤器阵列等,用于微粒捕集和分选。具体研究内容如下:（1）通过AutoCAD设计微流控通道掩膜版,采用光刻加转印的方法,制备了所需形状和大小的PDMS微流控通道,用于后续微粒处理过程。使用SU-8负性光刻胶,通过紫外光刻的方式得到所需的通道模具,通过PDMS倒模、打孔、键合得到所需微通道。（2）基于传统的DMD无掩膜光刻技术,提出了一种新的MLIP-CF技术,将用于微粒捕获的数字掩膜的实时生成以及流体控制集成到DMD无掩膜光刻系统中。在图像识别技术的帮助下,快速解析微粒轮廓或通道位置的信息,结合对不同形状的现有掩模的选择,从而能够原位生成用于粒子捕获和分选的微捕集器阵列和微过滤器阵列,实现了现有制造技术难以实现的单个微粒或微粒群的实时快速分类。（3）为了展示MLIP-CF制造技术的应用,将含有SiO2微球的光敏树脂通入微流控通道内,实现了不同尺寸（最小5.5μm,最大15μm）单个微粒或微粒群的高效捕获与筛选。另外,MLIP-CF技术成功捕获了293T细胞,证明了在细胞操作方面的可能性。该方法具有操作简单、成本低、加工快速的优势,能够使微捕获陷阱的制作在150 ms内完成,大大缩短了制造时间,在环境监测、早期疾病诊断、药物传递、编码粒子等领域具有巨大的应用潜力。
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