整合奈米磁珠之微液滴操控平台 及其應用於細胞封裝

Droplet-Based Microfluidic Platforms with Magnetic Beads for Encapsulation of Cells

游士弘(Shih-Hong You)

指導教授 ： 洪健中

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2014年)

摘要

本論文研究為發展微液滴操作平台，並達成微液滴操作與應用，內容主要可以分為四個部分，第一部分為微液滴晶片之設計、模擬與分析；第二部分是微液滴形成晶片製作與封裝，並完成整體微液滴操控平台系統架設；第三個部分進行微液滴形成的參數探討，包括微流道寬度、絕對微流量、兩相微流量比率以及表面活性濃度；最後第四個部分則是微液滴操作與應用。
在微液滴晶片設計上，以CFD-ACE套裝模擬軟體模擬與分析流量與微液滴形成位置與時間之關係。在微液滴實驗方面，使用微影製程製作微液滴晶片，並以真空氧電漿進行微晶片之黏合封裝，並以外接幫浦與攝影機進行微流體驅動及微液滴觀測。本論文針對微液滴形成進行相關參數探討，由結果得知在兩相等流量下，在絕對微流量50-600 μL/hr範圍內皆能穩定產生微液滴，而在此範圍內所產生微液滴之大小、速度及位置與絕對微流量有線性關係；另外，在固定乳化相微流量為100 μL/hr而連續相微流量為100-600 μL/hr下，微液滴皆能穩定產生，所產生之微液滴大小、速度及位置也與連續相微流量有線性關係；最後探討表面活性劑之影響，由結果發現7% Krytox 157 FSL添加於連續相中之微液滴穩定度效果最佳。本研究並設計不同微流道晶片對微液滴進行等份切割與不等份切割，不等份切割分為5個不同大小液滴輸出，可形成平均大小0.84 nL、0.37 nL、0.35 nL、0.37 nL及0.11 nL之微液滴。最後應用所設計之等份切割之微液滴晶片於磁珠與293T細胞之封裝，可於單一微液滴內封裝至最低只含2個293T細胞;使用不等份切割微液滴晶片於玻璃微珠及兔子軟骨細胞之封裝，可於單一微液滴內封裝至最低只含3個兔子軟骨細胞。
本論文所開發之微液滴晶片未來能夠提供高速細胞篩選與檢測、奈米材料合成及生化反應有用之工具，並進而研發為細胞操作與檢測相關之微全分析系統。

關鍵字

微液滴形成 ； 微液滴切割 ； 磁珠 ； 293T細胞 ； 兔子軟骨細胞

參考文獻

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