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    一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列制造技術

    技術編號:10221373 閱讀:229 留言:0更新日期:2014-07-16 22:21
    本發明專利技術屬于細胞生物學裝置技術領域,公開了一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列,該陣列由若干基本單元構成,每個基本單元包括細胞捕獲流動腔和后阻力控制通道;每個基本單元以等夾角輻射狀排列呈圓形,且每個基本單元的縱向長度相等,基本單元總數目N,N為大于或等于1的整數。基于流體力學原理,本發明專利技術在細胞捕獲流動腔處能捕獲到的單細胞,并能通過后阻力控制通道的壓力調節對已捕獲的單細胞進行釋放,同時進行細胞微環境調控細胞生物學行為及其機制的單細胞生物學研究。

    【技術實現步驟摘要】
    一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列
    本專利技術屬于微流控芯片系統領域,具體涉及一種利用流體力學原理和圓形輻射結構捕獲單細胞的微流控芯片,以及能對捕獲單細胞加載精確動態生化信號的細胞生物學研究裝直。
    技術介紹
    傳統的細胞生物學的研究對象是細胞群落,因而,所得的結果也只是大部分細胞的平均響應。這樣得來的結果必然會忽視許多單細胞生物學事件。而細胞生物學響應的是一個二元狀態事件:特定的激活狀態或者失活狀態。由于細胞群內不同細胞的異質性造成響應時間和分子配置上的差異,導致被研究的細胞群一部分處于激活狀態,另一部分細胞處于非激活狀態,此種情況下所獲得的研究數據只是每個細胞的響應呈現出漸變狀態平均結果,這顯然不能完全代表真實的現象。如此的細胞行為的異質性在如細胞生長、分裂和感染等復雜生物學事件中非常常見。因此,如何在單細胞水平并能保證足夠數量的條件下,研究遺傳、生理和生物化學現象,來解釋這些過程中的細胞的異質性和觀察到有統計學意義的數據顯得極其重要。微流控技術使得創造一種與細胞尺寸相匹配并能整合細胞處理和流體操作等的研究工具成為可能。先前的研究者利用流體力學原理制作的微流控芯片要么只能抓住一個細胞,要么能抓住大量單細胞但無法對捕獲單細胞精確加載動態生化信號刺激。基于此,本專利技術提出一種能夠利用流體力學原理捕獲足夠數量的單細胞,并能夠精確加載動態生物化學信號刺激的微流控裝置。
    技術實現思路
    本專利技術提供一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列,可用于單細胞生物學研究。該細胞捕獲陣列將細胞懸浮液的灌注、駐點流的形成、后阻力通道的調節集成在一塊功能芯片上,使用動態生化信號發生裝置對捕獲單細胞精確加載動態生化信號刺激,能夠較好的在單細胞水平下研究細胞的生物學行為。本專利技術將流體力學原理和微流控技術結合,巧妙地將駐點流理論與物理屏障相結合,再通過對后阻力通道的調節,實現了對單細胞的捕獲和釋放,并利用等夾角輻射陣列結構實現了大量單細胞的捕獲。裝置設計結構簡單,控制過程方便,可通過軟件編程自動控制產生動態生化信號,不僅能在體外同時對多個單細胞加載動態的生化刺激,更好地研究單細胞的生物學行為,而且通過流量控制能調控生化因子濃度,實現對離體培養細胞微流動環境的定量調控。本專利技術的技術方案如下:—種基于微流控技術的細胞捕獲陣列,該裝置包括注射泵、注射器、雙通接口、硅膠管、三通接口、液體進口、以等夾角輻射狀呈圓形排列構造完全相同的陣列化自動捕獲微通道、后阻力控制通道和液體出口構成,如圖1所示。細胞捕獲系統包括細胞懸液注射器、細胞培養液注射器、液體進口、陣列化細胞捕獲微通道和液體出口。該陣列由若干結構完全相同的基本單元構成,每個基本單元包括細胞捕獲流動腔和后阻力控制通道;每個基本單元以等夾角輻射狀排列呈圓形,且每個基本單元的縱向長度相等,基本單元總數為大于或等于I的整數;所述的陣列化細胞捕獲微通道由若干以等夾角輻射狀呈圓形排列的細胞捕獲流動腔、輸出上通道、輸出下通道、可調阻力通道構成,如圖2所示。其中,每個單獨的細胞捕獲流動腔包括一個入口和上、中、下三個出口,入口與細胞懸浮液入口通道和細胞培養液入口通道相通,上出口與輸出上通道相通,中出口與阻力通道相通,下出口與輸出下通道相通;輸出上通道、輸出下通道、阻力通道匯合到輸出匯合通道;細胞捕獲流動腔由上曲線邊界、下曲線邊界、上直線邊界、下直線邊界圍成,如圖3A、圖3B所示。由于流動腔的高度遠小于其寬度和長度,并且尺寸在微米量級,根據流體力學原理可知,流動腔內液體流動主要受壓力梯度和上、下平行平板摩擦力的影響,側面邊界摩擦力的影響可忽略不計,沿流動腔高度取平均后得到的平均流速可用類似于處理平面勢流的方法求得。因此可以根據已知復勢決定的流線形狀確定流動腔的邊界,構造出具有流體駐點的流動腔。對單個細胞捕獲流動腔,取如圖4所示的平面直角坐標系。在Z = x+iy平面上引入復勢本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列,其特征在于:該陣列由若干結構完全相同的基本單元構成,每個基本單元包括細胞捕獲流動腔和后阻力控制通道;每個基本單元以等夾角輻射狀排列呈圓形,且每個基本單元的縱向長度相等,基本單元總數為大于或等于1的整數;所述的細胞捕獲流動腔,包括一個入口和上、中、下三個出口,入口與細胞懸浮液入口通道和細胞培養液入口通道相通,上出口與輸出上通道相通,中出口與阻力通道相通,下出口與輸出下通道相通;輸出上通道、輸出下通道、阻力通道匯合到輸出匯合通道;細胞捕獲流動腔由上曲線邊界、下曲線邊界、上直線邊界、下直線邊界圍成;以流動腔縱向中軸線為x坐標軸,中心入口處為坐標原點,該流動腔的上、下曲線邊界是由流線方程確定,具體公式為:(x2+y2)n·sin[n·arctan(yx)]=(x02+y02)n·sin[n·arctan(y0x0)],x∈[x1,x0]y∈[y0,y1]---(10)]]>(x2+y2)n·sin[n·arctan(-yx)]=(x02+y02)n·sin[n·arctan(-y0x0)],x∈[x1,x0]y∈[-y0,-y1]---(11)]]>式中x0=L,y0=W2---(12)]]>其中L為流動腔的總長度,W為流動腔入口端寬度,x和y是直角坐標系下點的橫坐標和縱坐標,x0和y0是上曲線邊界右端點的橫坐標和縱坐標,x1和y1是上曲線邊界左端點的橫坐標和縱坐標,n是大于2的正整數;上、下直線邊界滿足:y=±tanπn·x(x∈[0,x2])---(13)]]>其中x2是上流線邊界點的橫坐標;所述的后阻力控制通道,由捕獲層和控制層組成薄膜隔開的雙層PDMS結構,控制層是一個圓環形微通道,同外界氣壓泵相連;由于外界氣壓增大引起控制層和捕獲層之間的薄膜變形,使控制層管道的橫截面積Sc增大,捕獲層管道的橫截面積St減小,從而使得流動腔的后阻力增大,以達到對捕獲細胞釋放的目的。...

    【技術特征摘要】
    1.一種基于微流控技術的細胞捕獲陣列,其特征在于:該陣列由若干結構完全相同的基本單元構成,每個基本單元包括細胞捕獲流動腔和后阻力控制通道;每個基本單元以等夾角輻射狀排列呈圓形,且每個基本單元的縱向長度相等,基本單元總數為大于或等于I的整數; 所述的細胞捕獲流動腔,包括一個入口和上、中、下三個出口,入口與細胞懸浮液入口通...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:覃開蓉陳宗正于苗陳燕
    申請(專利權)人:大連理工大學
    類型:發明
    國別省市:遼寧;21

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