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1、基于核酸表面標(biāo)記和微流控芯片平臺(tái)的細(xì)胞研究（申請(qǐng)清華大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文）培養(yǎng)單位：化學(xué)系學(xué)科：化學(xué)研究生：何子怡指導(dǎo)教師：林金明教授二○一七年四月DevelopmentofcellanalysisplatformsbasedonDNA-mediatedcellsurfaceengineeringandmicrofluidicchipsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilo
2、sophyinChemistrybyHeZiyiDissertationSupervisor:ProfessorLinJin-MingApril,2017摘要摘要細(xì)胞，作為生物體的基本組成單元，了解其組成成分，探索其生命活動(dòng)，研究其結(jié)構(gòu)功能，對(duì)于人類認(rèn)知與掌控生物體生命活動(dòng)的基本規(guī)律有著十分重要的意義。對(duì)目前的細(xì)胞研究而言，模擬細(xì)胞的生物微環(huán)境，原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞的生理過程和分子變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)含物和分泌物的高靈敏度、高選擇性分析，既是其急需要解決的重要問題，也是其重要的研究和發(fā)展方向。基于此，在本論文中，我們以核酸細(xì)胞表面標(biāo)記為主要技術(shù)
3、手段，結(jié)合質(zhì)譜分析和微流控芯片平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)分子表達(dá)水平的原位分析，對(duì)細(xì)胞重要生理過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，和對(duì)細(xì)胞間相互作用的模擬研究，為細(xì)胞研究中的重要問題提供新的解決方法和新的研究思路。首先，我們對(duì)細(xì)胞研究的現(xiàn)狀和需解決的問題進(jìn)行了分析，并著重綜述了核酸技術(shù)、質(zhì)譜分析和微流控芯片技術(shù)在細(xì)胞研究領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用和取得的突出進(jìn)展，以論證我們論文思路的研究意義和可行性。其次，我們基于核酸標(biāo)記和擴(kuò)增技術(shù)，結(jié)合基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜（MALDI-MS）分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞表面糖類的原位、多組分分析。該方法拓展了質(zhì)譜標(biāo)簽技術(shù)，將難以檢測(cè)的糖類轉(zhuǎn)換為DNA進(jìn)
4、行檢測(cè)，不僅可以進(jìn)行原位的細(xì)胞分析，同時(shí)可基于核酸的擴(kuò)增能力實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，提高分析的靈敏度。該方法可應(yīng)用于研究細(xì)胞在多藥耐藥狀態(tài)和藥物作用下糖類表達(dá)的變化情況，并通過質(zhì)譜成像研究糖類在組織中表達(dá)分布情況。接著，我們進(jìn)一步利用細(xì)胞表面核酸標(biāo)記技術(shù)，結(jié)合微流控芯片平臺(tái)，模擬細(xì)胞的流體力學(xué)微環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)對(duì)流體剪切力作用下細(xì)胞內(nèi)吞這一重要生理過程的原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該平臺(tái)可用于系統(tǒng)性地研究流體剪切力對(duì)于細(xì)胞內(nèi)吞作用的影響，為深入研究細(xì)胞的力學(xué)微環(huán)境和力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提供新的方法和思路。最后，我們以腦膠質(zhì)瘤的血管生成過程為研究對(duì)象，在微流控芯片上建立了膠質(zhì)
5、瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的共培養(yǎng)體系；并利用細(xì)胞表面核酸標(biāo)記技術(shù)，構(gòu)建基于核酸適配體的細(xì)胞表面?zhèn)鞲衅?，?shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞間相互作用過程中內(nèi)皮細(xì)胞所處環(huán)境信號(hào)分子含量的原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該方法有助于將內(nèi)皮細(xì)胞的行為與信號(hào)分子的變化相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)血管生成過程中內(nèi)皮細(xì)胞遷移行為的深入研究。關(guān)鍵詞：細(xì)胞研究；核酸標(biāo)記；細(xì)胞表面；微流控芯片；質(zhì)譜分析IAbstactAbstractCellsarebasicstructuralandfunctionalunitsoflivingorganisms.Understandingthecomposition,structur
6、eandfunctionofcells,andexploringcellularactivities,arequiteimportantforthecognitionofactivityrulesandphenomenaoflife.Cellshavesmallsize,lowamountofcontentsanddiversespecies.Andinorganisms,cellsarelocatedincomplexmicroenvironmentsandsubjectedtomultiplecuesthatvaryintimeands
7、pace,includingphysicalandbiochemicalfactors,mechanicalforces,andinteractionswithextracellularmatrix(ECM)andothercells.Therefore,itishighlyimportantanddesirabletodevelopadvancedtechnologiesthatenableprecisecellmanipulation,physiologicallyrelevantmicroenvironmentsimulation,a
8、swellashighsensitive,selective,andreliablecellanalysis.Inthisthesis,basedontheDNA-mediate
