細胞是組成人體的基本單元,細胞研究對于認識疾病的誘因、發(fā)展規(guī)律及治療藥物的研發(fā)具有重要意義。細胞研究主要在體外進行,需要為細胞提供一個動態(tài)的、穩(wěn)定的、與在體情況近似的液體微環(huán)境。細胞在體時所處的液體供給脈管體系可以在微流控芯片上近似構建,使細胞微環(huán)境的體外模擬和控制成為可能。本文提出了一種基于網(wǎng)狀脈序液體輸運冗余機制的微流體單元設計方法,分析了仿生微流控芯片內流體流動特性,制作了流場均一穩(wěn)定、可形成區(qū)域化濃度分布的微流控芯片,并應用于細胞培養(yǎng)與腫瘤藥物分析。主要研究內容如下:（1）研究了網(wǎng)狀脈序液體輸運冗余機制�；诰W(wǎng)狀脈序植物學原理和葉脈特征提取,分析雙子葉植物葉脈功能特性、結構特征和尺度變化;分別研究了網(wǎng)狀葉脈等級分岔結構、多邊形網(wǎng)孔結構和交錯排列紋孔結構對液體輸運冗余特性的影響,即基于哈根-泊肅葉方程研究了葉脈分岔通道最大化輸運效率的條件、基于葉脈閉合度理論和流動熵方程研究了多邊形網(wǎng)孔結構抵抗外部液流擾動的能力、采用有限元仿真方法研究了紋孔結構對流場均一性的影響,為細胞培養(yǎng)微流體單元建模提供了理論依據(jù)。（2）設計了用于細胞培養(yǎng)、區(qū)域藥物濃度生成和靶向藥物篩選的多種仿生微流控芯片。... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１細胞在體微環(huán)境［４２】??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｉｎ?ｖｉｖｏ?ｍｉｃｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｏｆ?ｃｅｌｌ??作為生命體的基本組成單元，細胞在體內處于一個復雜的微環(huán)境中（如圖ｉ．ｉ所示ｆ２ｉ

?基于網(wǎng)狀脈序仿生原理的細胞培養(yǎng)與藥物分析微流控芯片???因素給予這個微環(huán)境一個獨特的生理特征，提供了一系列的細胞外誘因作用并指導細胞??結構、功能和行為，極大地影響相鄰組織的生長、發(fā)展和修復。??細胞生存在一個相對獨立又互相連通的空間，一個動態(tài)平衡的液體微環(huán)境中。細胞??依賴組織液提供營養(yǎng)物質，帶走代謝廢物。組織液在組織內部緩慢穩(wěn)定地向一定方向流??動，稱為間隙流動［４３，４４］。間隙流動是由血液與組織液間的靜水壓和滲透壓引起［４５，４６］。血??液依靠心臟收縮的能量經(jīng)動脈快速的進入全身器官，各器官血液微循環(huán)系統(tǒng)將液體經(jīng)毛??細血管輸入組織，形成人體血液循環(huán)系統(tǒng)。??：礙??下部?靜脈??（ａ）血液大循環(huán)示意圖?（ｂ）血液微循環(huán)系統(tǒng)示意圖??圖１．２血液循環(huán)系統(tǒng)示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｌｏｏｄ?ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??人體血液循環(huán)系統(tǒng)通過血管網(wǎng)絡將富含氧氣及各種因子的液體運送到身體的各個??器官細胞中，同時將其產(chǎn)生的代謝廢物排出體外，維持穩(wěn)定的人體細胞生長微環(huán)境以及??身體健康。人體血液循環(huán)系統(tǒng)可分為血液大循環(huán)和血液微循環(huán)（如圖１．２所示）。血液??大循環(huán)路徑為心臟－動脈－組織？靜脈－心臟，主要作用是將血液輸送至全身各處。血液依??靠心臟收縮的能量周流全身，心臟每搏動一次，血液會在全身循環(huán)一周，正常人每分鐘??心跳約６０？１００次，因此血液循環(huán)時間約為３６ｓ？６０ｓ。血液微循環(huán)路徑為小動脈－毛細血??管－小靜脈，主要作用是提供血液與組織間進行物質交換的場所，為組織細胞供給氧和??養(yǎng)料，帶走二氧化碳和代謝廢物??－４?－??

?基于網(wǎng)狀脈序仿生原理的細胞培養(yǎng)與藥物分析微流控芯片???利于腫瘤細胞進出［５１，５２］。正常生理狀態(tài)下，毛細血流的透壁濾失略高于再吸收，因而組??織液在組織內部緩慢的向一定方向流動（如圖１．４所示）。間隙流動的動力來源主要有??血管壁內外的靜水壓引起的對流和可溶性因子濃度梯度引起的擴散。正常組織內的間隙??流速在〇．ｌ（＾ｍ／ｓ－２ｐｍ／ｓ［５３］，當組織發(fā)生病變時，間隙流速會增大。研究表明，間隙流動??對于腫瘤細胞遷移具有重要影響［５４，５５］。??，?ｒ?？?＞：一夢??▲?－?ｆｌｏｗ??Ｖ、?４?＊?■?ｉ；?＜?■?＾?＾￣￣－—＊??４?％＊?＾?－?＞．?＊??＊??？舞?＂???－?氣??Ｃｏｌｌａｇｅ?ｆｉｂｅｒ?今＾?Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ?ｃｅｌｌ?＾?Ｐｒｏｔｅｏｇｌｙｃａｎｓ?＊?Ｍａｔｒｉｘ－ｂｉｎｄｉｎｇ?ｍｏｌｅｃｕｌｅ??圖１．４組織內間隙流動示意圖［５３］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉｔｉａｌ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ｔｉｓｓｕｅ??細胞在體內處于一個復雜的微環(huán)境中，其中由血流流動和組織內間隙流動引起的細??胞周圍液體流動能夠為其提供營養(yǎng)物質，帶走代謝廢物；同時液體流動產(chǎn)生的機械力作??用對細胞的增殖、分化及蛋白表達等有重要影響。細胞周圍的流場具有小流速、液流穩(wěn)??定均一的特點，因此，細胞體外研宄時應為細胞提供一個近似于在體的動態(tài)、均一和穩(wěn)??定的液體環(huán)境。??（４）細胞體外研宂方法??細胞培養(yǎng)是細胞生物學研究的基石，是細胞體外研究的基矗目前進行細胞體外培??養(yǎng)的技術平臺主要有培養(yǎng)皿（培養(yǎng)瓶或孔板）、Ｔｒａｎｓｗ

【參考文獻】：
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本文編號：2897500