在生物医学工程中,细胞显微操作已经成为一项非常重要的课题。对细胞进行显微操作主要包括两个方面的内容:一是对细胞进行注射、切割等操作;二是要对细胞进行位置和姿势调节,即要将其移动到显微视野和微机械手可操作的范围内,然后旋转至需要的角度方向。细胞的位姿调节可以采用直接接触型与非接触型两种方法,而非接触型的操作方法可避免或减少给细胞带来伤害。 本课题创新性地提出一种基于微流体的非接触型细胞位置和姿态的调节方法,可以实现较为安全的细胞显微操作。该方法是采用微管喷射流体并利用流体压力“固定”及移动细胞进行位置调节;利用两支微管喷射流体形成漩流驱动细胞旋转以达到姿态调节的目的。经过对该细胞的位姿调节方法进行理论研究其可行性,设计出可以同时适用于细胞位置调节和姿态调节的显微操作装置。 本文对细胞在微流体中的受力情况进行了分析,并且对各种附加作用力的数量级进行比较,建立了细胞在微流体中运动的受力模型。利用CFD软件对微流场及细胞的运动进行仿真分析。考查了影响两微管喷射产生流场的因素,例如相对位置、微管内径、喷射速度等,确定了这些影响因素的选择范围。根据细胞的受力模型使用FLUENT的动网格技术进行细胞旋转的运动模拟。最后,通过实验对本课题提出的细胞位姿调节方法进行论证。实验结果表明,利用两支对称微管和单支微管可以移动细胞实现位置调节;利用漩流可以旋转细胞实现其姿态的调节,并提出采用脉动喷射的方式更适用于准确安全地调节细胞姿态。 最终的研究结果表明,本文提出的操作方法可以较好地实现细胞的位置和姿态调节。该方法具有非接触型操作方法的安全优点,并且容易适用于细胞尺寸形状和溶液粘性发生变化的情况,为细胞显微操作技术增添了新的研究方向。