基于稀釋-過濾法去除低溫保護劑的微系統(tǒng)研究.pdf

1、低溫保存的細胞已經(jīng)被廣泛應用于細胞治療、組織再生和生殖醫(yī)學等領(lǐng)域。在細胞的低溫保存過程中，低溫保護劑可以延長細胞的保存時間以及防止細胞的低溫損傷，但是低溫保護劑對細胞有毒性并且對人體有副作用，因此在細胞使用之前去除低溫保護劑十分必要。
　　當前，從低溫保存的細胞中去除低溫保護劑的方法主要有離心法、透析法和超濾法。離心法操作簡單，但離心力易導致細胞損傷和結(jié)塊，從而造成細胞損失;透析法可以減少細胞滲透壓損傷，但低溫保護劑的洗滌效率較低

2、;超濾法可快速清除低溫保護劑，但細胞回收率較低。這些方法通常適合洗滌大體積的細胞懸浮液(30～500mL)，但不適合處理微量的細胞樣品。近年來，隨著微流控技術(shù)的迅速發(fā)展，已有文獻開始研發(fā)低溫保護劑洗滌芯片以處理微量的冷凍復溫細胞，但這些芯片存在諸多不足（比如低溫保護劑洗滌效率不高）。
　　因此，本文提出了一種基于稀釋-過濾法去除細胞低溫保護劑的微系統(tǒng)（該微系統(tǒng)也稱為多步稀釋-過濾微裝置）。系統(tǒng)設(shè)計的核心理念是:基于微流控技術(shù)，含有

3、低溫保護劑的細胞懸浮液用含有不同氯化鈉濃度的稀釋液逐級稀釋，細胞內(nèi)的低溫保護劑跨膜輸運至細胞外溶液，細胞外含有低溫保護劑的溶液通過過濾逐級去除。本文的主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計并加工了多步稀釋-過濾微裝置。本文微裝置設(shè)計用于從豬紅細胞中清除甘油。在設(shè)計中，利用梯度網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生稀釋液，利用特斯拉混合器實現(xiàn)溶液混合，利用基爾霍夫電壓-電流定律確定設(shè)計參數(shù)。本文的微裝置用有機玻璃加工而成。
　　(2)理論分析了本文設(shè)計的微裝置的性能。首先，基

4、于低溫保護劑跨細胞膜輸運模型，模擬了微裝置低溫保護劑洗滌時細胞體積的變化和甘油濃度的變化。其次，利用稀物質(zhì)輸運模型，研究了稀釋液產(chǎn)生區(qū)和稀釋-過濾執(zhí)行區(qū)中混合器的性能。
　　(3)實驗研究了本文設(shè)計的微裝置的性能。通過細胞實驗，確定了微裝置在設(shè)計條件下的甘油清除率、細胞存活率和細胞回收率，探索了甘油濃度、細胞壓積比和過濾膜孔徑對微裝置性能的影響。通過無細胞熒光實驗，確認了稀釋液產(chǎn)生區(qū)和稀釋-過濾執(zhí)行區(qū)的功能。
　　本文研究結(jié)

5、果表明，在微裝置中，細胞的體積一直保持在細胞能承受的安全范圍內(nèi)（0.5～1.51倍的初始體積），細胞內(nèi)的甘油可被有效清除，混合器能夠?qū)崿F(xiàn)兩股溶液的充分快速混合。在設(shè)計條件下（細胞懸浮液流量為0.2mL/min，甘油初始濃度為20％w/v，細胞壓積比為24％v/v），甘油清除率達到約80％，細胞存活率達到約90％，但細胞回收率相對較低，約40％。當甘油濃度較低時，三個性能指標均較高;當細胞密度較高或過濾膜的孔徑較大時，甘油清除率較高，但細