外泌体作为一种纳米级囊泡,广泛存在于生物体各种体液中。研究表明外泌体的含量及组成与多种疾病的发展密切相关。研究外泌体的首要前提是有效的提取高纯度的外泌体。传统的外泌体分离方法包括超速离心法、蔗糖密度梯度离心法、超滤法、聚合物沉淀法、免疫磁珠法。然而传统的外泌体分离方法存在着一些缺陷,比如设备昂贵、人工操作过程繁琐、分离提取耗时长和外泌体纯度低等。本文基于免疫磁珠分离外泌体的机理,设计了一种可以一体式分离、纯化外泌体的微流芯片。微流芯片结合了免疫磁珠高纯度提取外泌体的优点,同时利用微流芯片自动化连续反应的特点,提高了外泌的提取效率与收集纯度。针对外泌体浓度难以准确测量的问题,本文基于AFM建立了纳米颗粒浓度测量方法。论文对以下四个方面进行了深入研究:首先,微流芯片混合反应机理分析与建模仿真研究方面。对微流芯片捕获外泌体进行了机理分析,根据免疫磁珠分离外泌体技术的优缺点,提出了将免疫磁珠与微流芯片结合的方案,以实现微流芯片一体式高效分离、提取外泌体。微流芯片中外泌体与免疫磁珠的混合反应至关重要,因此建立了三种微通道结构(Y形、S形、嵌入式障碍S形),使用流体仿真软件Fluent对三种微通道结构的混合效率进行了模拟分析。实验结果表明,与Y形和S形微通道结构相比,相同条件下嵌入式障碍S形微通道混合效果最好。其次,外泌体分离、纯化一体式芯片设计与加工研究方面。根据微流芯片的混合反应机理并选择嵌入式障碍S形微通道结构设计微流芯片。接着对芯片的加工工艺进行了研究,具体包括加工材料的选择、光刻掩模板的制作、微通道模具的加工、PDMS通道的加工以及PDMS通道与玻璃基底键合。此外,还对制作好的芯片进行了磁珠捕获性能验证以及两相流体混合效率验证,实验结果与仿真结果一致,证明了外泌体分离、纯化一体式微流芯片设计的合理性。接着,基于AFM的纳米颗粒浓度测量方法的建立与实验验证方面。外泌体分离、提纯之后需要对其浓度、形貌等进行定量标定,因此本文研究了基于AFM的纳米颗粒浓度测量方法。首先选择标准的商业纳米微球为研究对象,使用无水乙醇作为稀释溶液制备待测样本。由于无水乙醇的快速挥发性,样本制备过程简单且纳米颗粒不易发生团聚。纳米颗粒数量沿着样本圆形图案半径的变化呈现逐渐增加趋势,根据这种分布规律建立了纳米颗粒浓度测量计算模型。基于这种计算模型对不同大小、不同稀释浓度的纳米颗粒的数量使用Matlab进行了计算,浓度测量结果与质量分数估计值的一致性高于75%。这项研究不仅为外泌体浓度测量奠定了基础,而且为纳米颗粒的定量标定提供了一种新的途径。最后,外泌体分离、纯化与浓度标定实验研究方面。首先介绍了基于微流芯片的外泌体分离、纯化系统操作平台与使用微流芯片提取外泌体的具体操作过程。接着对微流芯片提取的溶液使用TEM与SEM进行鉴定分析,证实了提取溶液中的囊泡为直径为30nm-150nm的外泌体。与传统的外泌体提取方法相比,使用本文设计的微流芯片提取外泌体的速度更快,纯度更高。文中使用微流芯片处理150μl血清样本提取外泌体整个过程只需要50分钟。最后根据建立的纳米颗粒浓度测量方法成功的对外泌体进行了浓度标定与形貌表征。