斑马鱼胚胎电学特性检测研究

论文总字数：23415字

摘 要

本文在斑马胚胎微流控芯片的基础上，研制外围斑马鱼胚胎培养环境，检测斑马鱼胚胎早期发育过程中的电阻抗谱变化情况，对实现斑马鱼胚胎发育的自动化检测进行了研究。

本文介绍了斑马鱼胚胎微流控芯片结构设计，制作工艺，斑马鱼胚胎微流控培养方法及培养环境研制，斑马鱼胚胎发育的电阻抗谱检测方法，及斑马鱼胚胎早期阶段发育过程中电信号变化初步对应关系。

为使斑马鱼胚胎片上发育时具有稳定的流速，本研究设计制作了一套大流量注射泵。其流速控制精度在5%以内，同时最大可装载100ml注射器，并设计了一套上位机程序，实现自动控制。

为使斑马鱼胚胎片上发育温度为最佳的28.5℃，本研究设计制作了了一套恒温控制系统。实现片上发育温度28℃±1℃控制，保证并实现了斑马鱼胚胎片上的正常发育。

为实现胚胎发育信号的实时，自动，连续的采集，本研究设计制作了一套电阻抗谱信号采集装置，实现利用电阻抗谱仪一路输入输出，通过信号采集板卡和上位机程序，实现时分复用功能，实现片上5路信号的时分检测。

在初步的研究中发现，斑马鱼胚胎由于在发育过程中绒毛层会逐渐溶解，导致斑马鱼胚胎的电容率下降。在斑马鱼胚胎电阻抗谱的信号的相位信号值上升。

关键字：斑马鱼，微流控，电阻抗谱，胚胎发育

A STUDY ON ELECTRICAL CHARACTERISTIC DETECTION FOR ZEBRAFISH EMBRYOS

Abstract

In this work，the way to build peripheral zebrafish embryo culture environment and the way to detect zebrafish embryo’s change in electronic impedance spectroscopy during early stage of zebrafish embryo development are introduced. The way to realize automated inspection on zebrafish embryo development was studied.

This work introduced zebrafish embryos microfluidic chip structure design, production process and the method to culture zebrafish embryos on microfluidic chip, the key to set up the culture environment, the method to detect electronic impedance spectroscopy change during the development of zebrafish embryo. Furthermore, the relationship between the electronic signal and the stage of development f zebrafish embryo was studied roughly,

In the preliminary study, it is found that the embryos of zebrafish are gradually dissolved in the process of development, which leads to the decrease of the capacitance of the zebrafish embryo. The phase signal value of the signal from the resistance spectrum of the zebrafish embryos increased during development.

Key word：zebrafish，microfluidic，Electronic Impedance Spectroscopy，

Embryonic development

摘要 I

Abstract I

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2斑马鱼 1

1.2.1模式动物 1

1.2.2斑马鱼的特点及其应用 1

1.2.3斑马鱼胚胎发育过程 2

1.3 微流控技术 2

1.4电阻抗谱技术（EIS） 3

1.5 EIS在微流控中应用及其前景 3

1.6本项目研究的目的 3

第二章 微流控芯片 4

2.1 斑马鱼胚胎微流控芯片结构 4

2.1.1 微流控芯片介绍 4

2.1.2软光刻工艺 4

2.2 斑马鱼胚胎微流控芯片制作 5

2.2.1模具制作 5

2.2.2表面硅烷化改性 6

2.2.3制作模具盒 6

2.2.4配置PDMS混合液 7

2.2.5倒入模具盒并去气泡 7

2.2.6烘烤 8

2.2.7打孔 8

2.2.8键合 8

2.2.9放置待用 9

第三章 斑马鱼胚胎培养环境研制 10

3.1研制培养环境的目的和意义 10

3.2斑马鱼胚胎片上培养的恒温控制方案 11

3.2.1恒温培养的目的 11

3.2.2恒温水循环加热 11

3.2.3电热加热方式 11

3.3斑马鱼胚胎片上恒流速换液培养方案 16

3.3.1恒流速培养的目的 16

3.3.2 负压恒流速控制方案 17

3.3.3 注射泵恒流速控制方案 18

3.4小结 18

第四章 斑马鱼胚胎早期发育过程中的电学信号检测 20

4.1斑马鱼胚胎培养芯片的电极 20

4.2信号采集板卡的设计与制作 20

4.2.1 信号采集板卡的结构 20

4.2.2 信号采集板卡的和改进 21

4.3电阻抗谱仪 21

4.4.1斑马鱼胚胎培养液预处理 22

4.4.2添加抽真空腔 22

4.5电极电解的讨论 22

4.6信号采集程序 23

第五章 斑马鱼胚胎早期发育过程中的电学信号研究 26

5.1斑马鱼胚胎电学模型等效 26

5.1.1单细胞阻抗模型 26

5.1.1斑马鱼阻抗模型 26

5.2信号处理方法 27

5.3信号处理程序 27

5.4初步分析结果 27

5.5电学信号和发育过程的对应 28

第六章 不足和改进 29

第七章 致谢 30

参考文献 31

第一章 绪 论

1.1引言

本文以斑马鱼胚胎发育早期阶段的电学特性检测研究为目的，详细介绍了胚胎培养芯片的结构，加工工艺，斑马鱼胚胎培养环境的研制，包括恒温培养环境的研制，恒流速培养控制方案设计研制，斑马鱼胚胎早期发育过程中电学特性检测的方法，以及其中遇到的问题和解决方案，最后对所得到的电学信号进行了初步的分析研究，并给出了电学信号和发育阶段如何对应的结论。通过阅读本文，读者能够对本研究深入了解，并且能够了解到在类似研究中可能遇到的问题，和得到对这些问题的解决方案的启发。

1.2斑马鱼

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