低温保存是细胞、组织等生物材料唯一有效的长期保存方法,在临床医学、科学研究等领域中发挥着巨大的作用。随着干细胞、生殖细胞等细胞制品在临床和科研中的广泛应用,许多的微小体积对象需要长期保存,而传统的低温保护剂处理方法难以有效处理。本文提出一种面向微小体积生物样品的低温保护剂处理方法:分别在微流控芯片上构造膜分离系统,通过微流体在半透膜两侧的跨膜传质,实现平稳可控的低温保护剂处理,并避免产生额外的机械损伤。围绕该方法,本文主要研究内容如下。(1)微流控芯片的原理设计和分析:基于微流控和膜分离原理,提出了一种夹膜式微流控芯片设计方案,进而建立芯片内流动和跨膜传质模型,并通过数值仿真分析该方案的流动传质规律以及低温保护剂处理效率,从而初步论证该方案的可行性,并为实验系统的设计和应用提供指导;(2)夹膜式微流控系统内流动和传质规律的实验研究:设计和建立一套基于夹膜式微流控芯片的低温保护剂处理实验平台,进行无细胞实验探究了膜材料和流速等设计因素对系统低温保护剂处理效率的影响,进一步地掌握该系统的传质规律;(3)基于夹膜式微流控方法的红细胞低温保护剂的去除实验研究:利用夹膜式微流控系统处理红细胞内的低温保护剂(甘油),进一步检验系统对细胞的安全性和处理效率,并在其基础上优化红细胞去除甘油的处理程序。上述研究表明:本文提出的方法能够实现面向微小体积生物材料低温保护剂处理,提高了红细胞的低温保护剂处理效率(每0.5ml的红细胞悬浮液去除低温保护剂所需要时间少于5min),且整个过程是平稳、可控的,能够避免渗透压突变等带来的细胞损伤,并且减少了人工操作难度,因此有望在临床和科研中发挥重要作用。