论文总字数：27903字

摘 要

微流控芯片是近年来一种前沿的分析技术。它具有高通量，体积小，可集成等优点，作为生物医学研究的重要平台，在生物学领域发挥着不可替代的作用。尤其是在对秀丽隐杆线虫的研究方面，取得了突破性的进展。秀丽隐杆线虫，主要用于遗传学，神经生物学，生物化学，药物筛选，分子生物学，环境生物学等领域。目前已检测出它的完整的基因组。作为模式生物的秀丽线虫个体微小，难以操纵，传统实验方法难以对线虫进行微手术操作，解剖分析，局部刺激以及神经元荧光成像，故严重限制了对秀丽线虫研究的发展。而微流控芯片则弥补了传统实验方法的不足。芯片的尺寸能与线虫很好地匹配，对试剂的消耗量也很小，分析迅速，还可以进行各个功能模块的集成（如电磁阀，计算机，真空泵等），有利于实现操作的自动化，极大的改善了实验研究平台环境。且制作芯片的材料无毒透明，便于安全地装载线虫，并且便于观察。在微流控芯片上可以进行对线虫的固定成像，药物刺激，表型分选等操作。本论文主要的工作是研究大尺寸细胞或模式生物的固定与分选方法，通过分析各种方法的原理以及具体的操作流程从来总结出方案的优缺点，给后续的研究提供了坚实的基础。重点针对基于微流控芯片上的秀丽线虫固定及分选方法进行了研究，并分析了各种分选方法的特点，最后展望了微流控芯片的发展前景。

关键词：秀丽线虫，微流控芯片，固定，分选

Abstract

Microfluidic chip is one kind of cutting-edge analytical techniques in recent years. It is high throughput, small size, and can be integrated. as an important platform for biomedical research in the field of biology, it has played an irreplaceable role especially in research on Caenorhabditiselegans. So far we have made a breakthrough. Caenorhabditis elegans is mainly used in the fields of genetics, neurobiology, biochemistry, drug screening, molecular biology and environmental biology. Its genome has been detected completely. A single C. elegans as a model organism is very small, so it is difficult to manipulate. Traditional experimental methods are difficult to perform micro-surgery operations, anatomical analysis, local irritation and fluorescence imaging of neurons. It severely limits the development of C. elegans research. The microfluidic chips will make up for the shortcomings of traditional experimental methods. The chip size can be a good match with nematodes. The consumption of reagent is small. The analysis is rapid. You can also integrate various functional modules (such as solenoid valves, computers, vacuum pumps, etc.), it is conducive to the automatic operation, greatly improving the experimental research platform environment. And the chip material is non-toxic and transparent. It is easy to safely load nematodes, and easy to observe. On the microfluidic chip, the nematode imaging, drug stimulation, phenotypic sorting and other operations can be easily done. This thesis work is to study the large-sized fixed cells or model organisms and sorting method, by analyzing the various methods and principles specific operational procedures never summed up the advantages and disadvantages of the program, to follow-up studies to provide a solid foundation. It focuses on C. elegans immobilization and sorting on microfluidic chip, and studied and analyzed the characteristics of the various sorting methods, and finally make a prospect of microfluidic chips.

Keywords:caenorhabditiselegans，microfluidic chip，immobilization，sorting

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1 选题背景和意义 1

1.2论文主要工作及结构 1

第2章线虫培养和芯片制作 2

2.1秀丽隐杆线虫 2

2.2线虫的培养方法 3

2.2.1 普通培养方法 3

2.2.2同步化培养方法 3

2.3微流控芯片 3

2.3.1微流控芯片 3

2.3.2 PDMS芯片制作 4

第3章线虫固定方法 7

3.1压缩固定法 7

3.2锥形通道固定法 8

3.3倾斜通道固定法 10

3.4其他固定方法 12

3.8线虫固定方法总结 13

第4章线虫分选方法 14

4.1荧光标记温控分选法 14

4.2显微镜观察分选法 17

4.3可变通道分选法 20

4.4荧光标记测吸分选法 22

4.5趋电性分选法 24

4.6光纤检测分选法 26

4.7 线虫分选总结 28

4.8创新分选方法设想 28

第五章总结 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

大尺寸细胞或模式生物，例如卵细胞、胚胎、秀丽线虫等，被广泛应用于现代生物、医学、药学研究及应用中。此类细胞具有几百微米、甚至毫米以上的尺度。秀丽线虫（C.elegans）是一种广泛应用于发育生物学、遗传学、基因组学的模式生物，其在研究细胞分化、程序性死亡机制、器官发育遗传等方面有特殊贡献，因此，Brenner、Sulston和Horvitz获得了2002年诺贝尔生理医学奖。利用线虫做遗传发育方面的研究，首先需要根据线虫尺寸进行分选，然而，对此类细胞/生物体的分选，大部分研究人员仍然利用传统的肉眼观测法进行人工挑选，其工作效率尤其低下^[1]。目前，商业化的大尺寸细胞/生物体分选仪仅有Union Biometric公司的COPAS BIOSORT，现存的一种商业化的自动的荧光激活细胞分选器，目前已大规模用于研究小型生物体的催化反应和基因表达，它具有高通量的特点，尽管如此，COPAS的应用仍有很多限制，当应用于单细胞以及亚细胞成像时，它的分辨率会显得不足，并且不适用于幼虫阶段的筛选。且其价格很高，操作繁琐,仅有少量的实验室能负担。本课题的任务是以秀丽线虫为模式动物，研究能够对线虫精确分选、且具有较高通量、廉价简便的微流控系统。

1.2论文主要工作及结构

本论文主要的工作是研究大尺寸细胞或模式生物的固定与分选方法，通过分析各种方法的原理以及具体的操作流程从来总结出方案的优缺点，给后续的研究提供了坚实的基础。论文的主要思路是按照实验流程从原理到实践，再到固定分选的顺序进行研究分析，分五章进行阐述，具体结构如下：

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