Разработка и исследование микрофлюидных устройств с металлическими микро и наноразмерными функциональными элементами для изучения клеток

• Автор: Букатин, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Особенности микро и наноаналитических систем
1.2 Микрофлюидные устройства для исследования клеток
1.2.1 Основные стадии анализа клеток
1.2.2 Анализ одиночных клеток
1.2.3 Сортировка и фиксация клеток с помощью электрических
полей
1.2.4 Применение микроэлектродов для исследования клеток
1.2.5 Лизис клеток и исследование их генетического материала в микрофлюидном чипе
1.3 Основные теоретические положения и методы моделирования в микро- и нанофлюидике
1.3.1 Основные теоретические положения в микро- и нанофлюидике
1.3.2 Методы компьютерного моделирования в микро- и нанофлюидике
1.4 Материалы и методы изготовления микрофлюидных аналитических систем
1.5 Современные тенденции развития микрофлюидных устройств для исследования клеток
1.6 Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Цели и задачи теоретических исследований
2.2 Основные стадии проведения исследований клеток в микрофлюидном чипе
2.3 Исследование процессов массопереноса в микрофлюидном чипе
2.3.1 Микрофлюидный чип с планарной реакционной камерой

2.3.2 Моделирование течения жидкостей в реакционной камере микрофлюидного чипа.
2.3.3 Моделирование процессов массопереноса в трехмерной реакционной камере микрофлюидного чипа для культивирования клеток.
2.4 Исследование условий фиксации микрочастиц в диэлектрофоретических ловушках
2.5 Исследование оптических свойств упорядоченных массивов металлических наночастиц
2.5.1 Теоретическое описание поверхностного плазмонного резонанса в наночастицах
2.5.2 Моделирование оптических свойств упорядоченных
массивов наночастиц
2.6 Результаты и обсуждение теоретических исследований
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Цели и задачи технологических исследований
3.2 Описание технологии изготовления микрофлюидного чипа для исследования биологических объектов в нативном состоянии
3.3 Разработка метода изготовления стеклянных мультиэлектродных матриц с планарными и трехмерными электродами
3.4 Описание технологии и исследование кремниевой мультиэлектродной матрицы
3.5 Разработка метода соединения микрофлюидного чипа с защитными пластинами и мультиэлектродными матрицами
3.6 Корпусирование мультиэлектродной матрицы, совмещенной с микрофлюидным чипов и формирование микрофлюидного устройства
3.7 Технология изготовления упорядоченных массивов металлических

наночастиц
3.8 Результаты и обсуждение технологических исследований
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Цели и задачи экспериментальных исследований
4.2 Исследование процессов массопереноса в микрофлюидном чипе
4.3 Иммобилизация клеток в микрофлюидном чипе и мультиэлектродной матрице
4.4 Исследование фиксации микрочастиц и биологических объектов в диэлектрофоретической ловушке
4.5 Исследование оптических свойств упорядоченных массивов наночастиц
4.6 Основные результаты и обсуждение экспериментальных исследований
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13

времени . применяется прием обрезки и обнуления потенциала взаимодействия на больших расстояниях г>гс.
В настоящее время методом молекулярной динамики с помощью современных суперкомпьютеров возможно проводить исследования систем, состоящих из нескольких миллионов частиц. В частности с помощью численного эксперимента, выполненного с помощью метода молекулярной динамики, были исследования граничные эффекты и эффект проскальзывания на границе жидкость - твердое тело [81]. Этот способ позволяет не только проводить расчеты потоков жидкости в наноканалах, но и моделировать поведение сложных биологических объектов, таких как белков и нуклеиновых кислот, в каналах, учитывать и исследовать их конформационные изменения [82]. Кроме того, метод молекулярной динамики является одним из основных методов расчета биологических комплексов для разработки молекулярных наноэлектронных и наномеханических устройств [83]. В частности этим методом была определена структура и способ функционирования аденозинтрифосфат (АТФ) синтазы - мембранного белкового комплекса, синтезирующего молекулы АТФ из аденозиндифосфата (АДФ) за счет протонного градиента [84].
В связи с большими вычислительными затратами метода молекулярной динамики и необходимостью наличия высокопроизводительных суперкомпьютеров активно используются методы численного и аналитического моделирования, основанные на гипотезе сплошной среды. В случае моделирования нанофлюидных систем требуется внесение соответствующих изменений и дополнений в стандартные макроскопические уравнения для адекватного описания протекающих процессов. В частности в нанофлюидных системах требуется учитывать проскальзывания на границах каналов, перекрывания двойных электрических слоев и эффекта отсутствия электронейтральности.