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随着显微操作技术和细胞培养技术的发展,对生物生长的研究逐渐由生物组织尺度深入到了细胞尺度。微尺度的表面环境对细胞的生长和分布有重要影响,因此,制作表面环境是研究细胞行为的基础。本文研究的微涂覆技术旨在将特定的溶液按一定的模式和剂量涂覆到基底材料上,实现表面环境的制作,探索其在细胞行为研究中的价值。此外在生物医学领域,微涂覆还能用于材料抗菌处理和微量药性测试等多方面,因此对微涂覆方法的研究具有重要意义。传统的微涂覆方法大多需用到微加工技术,成本高,使用不够灵活。
本文利用微操作领域的常用设备显微注射系统,设计实现了一种低成本、高灵活性的微涂覆方法。首先,对课题组原有的显微注射器进行了功能和结构分析,将由PIC单片机和DSP芯片共同控制的冗余硬件结构,改进成由DSP芯片单独控制的结构,并对改进的硬件结构作了相应的功能测试,证明了改进方案的合理性,方便注射器在后续涂覆工作中的使用。此外设计了基于SIFT特征的微操作平台精度测量方法,通过精度测量为后续模式涂覆提供精度保证。其次,基于微流体特性和界面理论,本文将注射液和基底间的界面力转化为涂覆驱动力,设计了包括平衡状态获取、涂覆针尖与基底的非平衡态破坏接触和涂覆操作三个步骤的微涂覆方法。最后,通过胶原蛋白条纹实验清晰展现了涂覆方法的实际结果,验证了涂覆方法的合理有效性。并对条纹涂覆中的主要参数进行了分析,给出了条纹涂覆过程中参数的可控范围。同时通过扩展条纹涂覆方式,实现了稳定斑点模式的涂覆。进一步将微涂覆方法应用到了具体的生物实验,利用条纹微涂覆方法初步实现了对神经干细胞的条纹模式生长的控制,一方面体现了本文设计方法的实际应用价值,另一方面为涂覆方法在生物领域的后续应用奠定了基础。