本研究从美国国立生物信息中心(NCBI)的子数据库基因表达数据库(GEO)中选择基因表达谱GSE36830数据集, 采用GEO2R筛选正常钩突和鼻息肉组织之间的差异表达基因(DEGs), 对关键通路和差异表达基因进行数据库挖掘和分析, 经筛选后的差异表达基因采用戴维在线工具对其进行基因本体富集分析(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)分析, 然后将DEGs导入String数据库进行蛋白质互作网络分析, 绘制差异表达基因互作网络图, 将其数据导入Cytoscape软件中, 筛选网络中心节点和关键基因, 分析关键子网络。共筛选出699个DEGs, 其中475个基因为上调表达基因, 224个基因为下调表达基因。在GO分析中, 针对生物过程, 上调的DEGs包括: 炎症反应、免疫反应、细胞趋化性、炎症反应的正向调节和细胞的粘附等; 下调的DEGs主要参与: 唾液分泌、生物矿物组织发展、细胞氨基酸生物合成过程、视网膜内稳态及离子跨膜转运等。在KEGG分析中, 上调的DEGs主要在参与造血细胞系、细胞因子-细胞因子受体相互作用、破骨细胞分化、趋化因子信号通路、癌症中的转录失调、哮喘、金黄色葡萄球菌感染等信号通路中富集, 而下调的DEGs在唾液腺分泌及胆汁分泌信号通路中富集。差异表达基因互作网络图筛选出前10个关键基因: ITGAM、IL10、CD86、TLR8、ITGAX、CCL2、CCR7、SRC、EGF 及ITGB2。本研究得到了一组鼻息肉差异表达基因的生物信息学分析结果, 但仍需进一步用基础试验来验证。本文分析的结论为慢性鼻-鼻窦炎、鼻息肉的研究提供了新的研究方向, 也为鼻息肉发病机制研究的思路提供了一定的建设性作用。

蜂窝状堆叠数字 PCR微阵列图像因其单元尺寸小、排列密集, 荧光信号弱、易受光照分布影响, 其样点定位困难。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法, 可快速、有效识别微阵列芯片生物分子微弱荧光信息。针对不同通道的图像进行配准融合, 使样点排布整齐;通过增强图像的对比度, 选取有效样点区域, 基于改进伽马算法去除光照分布不均效应;基于形态学算法识别紧密排列的样点, 对微阵列芯片图像进行单元分割定位, 提取每个样点的生物分子荧光信息。该方法处理一块约 20 000个微单元的数字 PCR芯片图像的耗时小于 20 s, 与现有定位方法相比, 处理相同数量样点的图片的耗时可减少 3个数量级;通过与标准仪器结果相比, 样点识别精度达到 98. 79%, 生物信息计算结果(拷贝数)准确度达到 96. 2%。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法克服了蜂窝状堆叠式微阵列荧光图像样点难以定位的问题, 与现有方法相比, 能够快速、准确地获取生物信息, 为数字 PCR技术的精准定量奠定了基础。

针对数字PCR体系样品的分割方式, 开发了一款数字PCR体系样品分割芯片, 用于微量生物样品检测。利用微机电系统(MEMS)制备阵列化的硅基片, 采用硅片高效低损伤超精密磨削减薄工艺对硅基片进行减薄, 结合化学改性方法, 成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片。通过扫描电子显微镜 (SEM) 对芯片结构进行表征, SEM结果显示, 芯片结构为通孔微阵列。通过接触角表征芯片表面的疏水性, 对比化学处理前后芯片表面的接触角, 结果表明化学处理后芯片表面疏水, 接触角为118°。通过能谱(EDS)表征芯片孔壁的亲水性, 结果表明, 芯片孔壁只有Si, O两种元素, 形成亲水基团, 因此, 芯片孔壁亲水。通过测量显微镜和荧光显微镜表征芯片的样品分割性能, 结果表明芯片将样品分割为均一的独立单元。通过激光共聚焦扫描仪表征, 直观地反应了芯片的整体样品分割效果, 通过计算芯片的样品填孔率为93.8%。本文成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片, 该芯片具有优异的样品分割性能, 在生物医学领域具有广阔的应用前景。

生物激光打印(BioLP)能够将含生物材料的极微量溶液精确打印在不同的位置而不致生物活性受损，是一种新型的生物打印技术。介绍了生物激光打印技术的原理、设备及其关键处理技术，以及该技术近年来的研究进展，并对其未来发展和挑战进行了展望。

发光二极管(LED)微阵列芯片在工作时积累的热量使结温过高，进而对LED 微阵列芯片造成一系列不利影响，严重降低LED 微阵列芯片工作的可靠性，甚至造成永久性损坏。散热问题是制约LED 微阵列芯片工作性能提高的关键因素，是LED 微阵列芯片在制备过程中亟待解决的问题之一。利用有限元分析软件，针对AlGaInP 材料LED 微阵列建立了有限元模型，详细介绍了实体模型建立、网格划分以及边界条件的施加方法。瞬态分析了在脉冲电流驱动下，单个单元和3×3单元工作时阵列的温度场分布，以及温度随时间的变化规律。为了改善阵列芯片的散热性能，设计了一种热沉结构，模拟分析了热沉结构对阵列温度分布的影响。

建立了5×5 AlGaInP材料LED微阵列的有限元热分析模型，根据计算对模型进行了简化。结果表明，简化模型与原始模型的温度分布规律基本一致，计算得到的两种模型在工作1.5 s时的温度相对误差为0.8%。使用简化模型模拟了含104个单元、尺寸为10 mm×10 mm×100 μm的芯片的温度场分布，工作1.5 s时的芯片中心温度已达到360.6 ℃。为解决其散热问题，设计了两种散热器，并对其结构进行了优化，分析了翅片数量、翅片尺寸、粘结材料对芯片温度的影响。

设计了一种基于AlGaInP发光材料的像素为320×240、单元像素面积为100 μm×100 μm 微型LED阵列。通过仿真和分析, 设计了一种双条形电极结构。考虑到不同电极宽度下的电流分布情况以及电极的遮光效应, 设计了电极宽度为13 μm 的优化电极结构, 使得每个发光像素的表面出光面积比为50.15%, 并分析了电极对有源层出射的光的反射影响。制定了基于MOEMS工艺的微型LED器件的制作流程并进行了基本实验研究, 最终给出了制作出的上电极的单个单元照片。

LED微阵列器件具有体积小、分辨率高、寿命长及耗能低等突出特点。出光效率是该器件的一项重要参数,文中对以AlGaInP外延片为基片的LED微阵列器件的出光效率进行了理论及实验研究。器件的像素周期设计为100 μm×100 μm, 发光单元间的上隔离沟槽宽度为20 μm、深度为25 μm,将在600~650 nm波段具有高反射率的均匀掺单晶硅纳米颗粒的聚酰亚胺作为复合材料来填充上隔离沟槽,将侧面出射的光反射到上表面,实现了相邻两个发光单元之间的光学和电学隔离。分析计算表明,通过填充硅纳米颗粒/聚酰亚胺复合膜材料,使每个发光单元侧面出射光的16.695%反射回窗口层,提高了出光效率。这项研究将有助于提高LED微阵列器件的出光效率。