论文总字数：21196字

摘 要

随着秀丽线虫在生物医学领域的广泛应用，秀丽线虫的筛选也变得越来越重要。本论文通过对已有的秀丽线虫检测方法研究和对传统的基于电阻抗的流式细胞仪的检测方法的改进，提出了一种新型的秀丽线虫检测器模型。检测器由控速泵浦、微流控芯片(PDMS)、差分电极、气压阀门、电阻抗谱仪和MATLAB构成。本论文对控速泵浦、微流控芯片、微流控通道阀门、电路连接等模块进行了设计,并进行了控速泵浦流速测量实验、微流控芯片和气压阀门的控制实验以及秀丽线虫检测等实验。本论文论述了利用电阻抗谱仪测量秀丽线虫长度的原理，并用相关实验进行了验证，证明了基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器的可行性。

关键词：秀丽线虫、微流控芯片、电阻抗、气压阀门、MATLAB

THE DEVELOPMENT OF CAENORHABDITIS ELEGANS DETECTOR BASED

ON THE IMPEDANCE SPECTRUM

Abstract

As the Caenorhabditis elegans was widely used in the field of biomedicine, the screening of C. Elegans is more and more important. This thesis presents a new detector model of C. Elegans by the way of the existing researches of its detection methods and the improvement of the traditional test methods of flow cytometry which was based on the impedance. The detector consists of speed pumping, microfluidic chip, differential electrode, air pressure valve, electrical impedance spectroscopy and MATLAB. This thesis makes design to the microfluidic chip, valve passage and circuit connection, and conducts measurement tests of the speed pumping rate and microfluidic chip, control tests of air pressure valve, and the detection tests of C. Elegans. This thesis proves the feasibility of the C. Elegans detector which was based on the impedance after discussing the principle of using electrical impedance spectroscopy to measure the length of C. Elegans and verifying this principle by experiments.

KEY WORDS: Caenorhabditis elegans, microfluidic chip, impedance, air pressure valve, MATLAB

目录：

摘要：

Abstract

第一章 绪 论

§ 1.1 引言

§ 1.1.1 秀丽线虫的发展及秀丽线虫筛选的意义

§ 1.1.2 微流控芯片的制作技术

§ 1.1.3 秀丽线虫检测技术

§ 1.2 研究现状

§ 1.2.1流式细胞仪筛选

§ 1.2.2微流控芯片筛选

§1.3 本文的研究目的和研究主要内容

第二章 基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器的设计和制作

§2.1 基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器的原理

§2.2 控制流速的泵浦仪

§2.3 带差分电极的微流控芯片制作（PDMS）

§ 2.3.1 微流控芯片的差分电极设计

§ 2.3.2 差分电极的电路连线设计

§ 2.3.3 微流控芯片的设计

§ 2.3.4 微流控芯片制作

§ 2.3.5 差分电极和微流控芯片的键合

§2.4 差分放大电路和电阻抗谱仪

§2.4.1 差分放大电路

§ 2.4.2 电阻抗谱仪

§2.4 MATLAB

第三章 实验方法

§ 3.1 控速泵浦测量实验：

§ 3.2 微流控通道实验和微流控气压阀门实验：

§ 3.3 秀丽线虫实验

§ 3.3.1 秀丽线虫的培养

§ 3.3.2 基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器实验

§ 3.3.3 实验的结果

第四章 结论

§ 4.1 基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器的创新点

§ 4.2 基于电阻抗谱仪的秀丽线虫检测器的展望

§ 4.2.1 提高检测器的吞吐量

§ 4.2.2 数据的实时处理

§ 4.2.3 提高检测器的测量精度

致谢：

参考文献

第一章 绪 论

§ 1.1 引言

§ 1.1.1 秀丽线虫的发展及秀丽线虫筛选的意义

今天，秀丽线虫以类似人类的基因序列，清晰的遗传背景，简单的生理结构，以及短暂的生活史等优势，在生物遗传发育学、人类遗传性疾病药物筛选、衰老与寿命、行为与神经生物学、动物的应激反应、环境生物学和信号传递等领域得到广泛应用。通过对秀丽线虫的多年研究，对于开创今日生物医学发展的全新领域起了举足轻重的作用。同时也因为以线虫为基础的凋亡研究对基础和应用生物学，产生的巨大推动作用，2002年，线虫生物学的开拓者：约翰·萨尔斯顿（John Sulston）、西德尼·布雷纳（Sydney Brenner）和线虫凋亡之父罗伯特·霍维茨（Robert Horvitz）三个人获得了2002年的诺贝尔生理和医学奖[^[1]]。

秀丽线虫的生长周期只有3-4天，而且幼虫和成虫的尺寸差别明显，不同的长度可以对应不同的成长周期，但是人的肉眼不能分辨线虫。很多时候研究人员需要对相应周期的线虫进行筛选，研究特定周期或者被标记的线虫，这时候线虫的筛选意义就体现出来了。由于研究需要将大量的秀丽线虫进行筛选，甚至要对荧光标记的秀丽线虫进行筛选，人工筛选的方法逐渐显现出它的繁琐和短板，这时新型秀丽秀虫筛选的器件研制成为技术人员的努力方向。

§ 1.1.2 微流控芯片的制作技术

秀丽线虫成虫长度为500-1000μm，直径在50-120μm，要对线虫进行精准的筛选，那就要用到微流控技术。微流控技术顾名思义，利用微米级别的微型管道或者操纵微小流体的系统。早期的微流控技术产生于19世纪70年代，经过了硅片气相色谱仪、毛细管电泳仪和微反应器等一系列的应用，逐渐走向成熟，对当今的生物医学发展起了巨大的推动作用。制作微流控芯片的材料主要有聚碳酸酯简称PC，聚甲基丙烯酸甲脂简称PMMA，聚苯乙烯简称PS，聚二甲基硅氧烷简称PDMS等[^[2]]。其中PDMS以透明性、可多次粘合性、对生物体无毒性和良好的弹性，在严格要求生物生存环境的条件和需要大变形量的条件下得到广泛的使用。其中PDMS技术主要利用PDMS主剂和固化剂按的10:1比例混合得到液态的PDMS粘稠液，粘稠液倒在准备好的膜片上，并在烘焙机烘干得到固体的PDMS。PDMS的性能在一定的条件下可以被改变，如改变PDMS主剂A液和固化剂B液的比例或者改变PDMS加热烘干的时间，能改变PDMS固化后的弹性和硬度。固体的PDMS在一定的条件下可以和硅片、载玻片或者另外的PDMS通过键合的方式粘合成一个整体，这就为微流控芯片的扩展提供了广阔的可能性.

PDMS芯片的键合工艺又分为：物理键合和化学键合。物理键合即在两种材料接触面上加上一个合适的高温，使材料接触面发生一定程度的融化，之后接触面接触冷却粘合的方法。化学键合即通过特殊处理在材料的表面生成共价键，通过化学键实现两种材料的粘合的方法。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：21196字