[發明專利]一種集成微流控芯片及其用于活細胞控制與分析的應用

無效

• 申請號: 200910023164.5
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101597568A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 王進義;劉文明;李立;宋鵬;任麗;王雪琴;任莉莉;王旭明
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12Q1/02
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及一種微流控芯片，尤其是一種集成微流控芯片，應用該集成 微流控芯片能夠進行時間與空間控制不同種類細胞的定位培養及相互作用 研究。

背景技術

微流控芯片技術是指把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、反應、 分離和檢測等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米或更小的芯片上，由微通 道網絡運輸流體貫穿于整個系統以控制生物或化學反應過程，并對其反應產 物進行分析的一種技術。微流控芯片的最大優勢在于微小尺寸下各種功能單 元技術的靈活組合和規模集成，其結果是實現最大限度的自動化、高通量和 低消耗。與此同時，微流控芯片的上述特征使得芯片實驗室(Lab-on-a-Chip) 概念向基于微流控芯片平臺的基因診斷、病毒檢測及細胞分析研究的滲透成 為可能。這種從傳統的中心實驗室向芯片實驗室的模式轉變將為許多研究工 作帶來革命性進步，一些原本無法實現的工作諸如復雜生物學實驗、微觀生 命科學研究、野外考察、疾病現場檢測等將藉助于芯片實驗室得以完成。

由于在高通量、微型化、集成化、自動化和便攜化等方面的巨大發展潛 力，近十幾年來，微流控芯片技術受到了國內外生物化學、分析化學、分子 毒理學、環境醫學和預防醫學等領域的高度重視，也成為21世紀最為重要的 前沿技術之一。目前，基于微流控芯片技術的基因分析、蛋白質(酶)分析、 核酸分析、免疫分析等方面的應用，已取得很大的進展。此外，基于微流控 芯片技術的單細胞研究也正在有條不紊地進行。國外已初步實現了微米級管 道或腔內的多種類型活細胞培養【R.Gomez-Sjoberg，A.A.Leyrat，D.M. Pirone，et?al.，Anal.Chem.2007，79(22)：8557-8563.】及其實時分析；同時產 生了一批以基于活細胞的藥物篩選與分析系統、細胞傳感器等為代表分析設 備【P.J.Lee，P.J.Hung，V.M.Rao，et?al.，Biotechnol.Bioeng.2006，94(1)： 5-14.】，其簡單、快捷、高通量和高敏感性優勢，在很大程度上促進了生命 科學研究進展，同時也進一步加速了該技術的多元化、市場化，從而服務于 社會。

然而，微流控芯片技術在細胞生物學領域的應用仍處于發展階段，尤其 涉及到細胞精確控制與定位以及細胞-細胞相互作用方面。針對細胞的控制 與定位，現多采用表面化學修飾法來實現細胞的黏附與脫離【E.E.Hui，S.N. Bhatia，PNAS?2007，104(14)：5722-5726.】，且這種方法具有不可逆性和非重 復性。關于細胞相互作用的微流控芯片，目前也僅實現了簡單的平行單管道 水平【A.P.Wong，R.Perez-Castillejos，L.J.Christopher，et?al.，Biomaterials?2008， 29(12)：1853-1861.】。因此，建立一種多功能集成的微流控芯片分析系統與 平臺，實施細胞的精確控制與定位，開展細胞相互作用研究，不僅有利于研 究工作的簡單、高效、快速的展開，同時也有利于加快所獲得技術成果的市 場化應用。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種集成微流控芯片以及該集成微流控芯片應 用于各種生理和病理情況下的多種細胞相互作用研究。本發明的一種集成微 流控芯片能夠實現多種細胞的精確定位、共培養，開展時間與空間控制的單 細胞水平的生命科學研究。同時，該芯片的應用改變了以往慣用的兩種類型 細胞相互作用研究模式，拓寬了細胞相互作用研究的范圍，發揮了其研究系 統全面性的特點。

為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：

一種集成微流控芯片，其特征在于，該集成微流控芯片自上而下設有流 動層、控制層和覆蓋層，其中，流動層主要由一個微米級管道網絡和四個圓 形細胞培養腔組成，流動層周邊設有八個進樣口和兩個出樣口，中間設有四 個圓形細胞培養腔，圓形細胞培養腔之間通過細管道相連；控制層設有二十 八個進氣口，進氣口上分別連接單個管道末端封閉的微閥開關；覆蓋層則是 對控制層的管道進行封裝。