[發(fā)明專(zhuān)利]一種微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243816.6
• 申請(qǐng)日: 2009-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101717720A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊尚春;黃漫國(guó);邢維巍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12M3/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M3/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片領(lǐng)域，特別是涉及一種微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元。

背景技術(shù)

在病毒學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、腫瘤學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都需要進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，但常規(guī)的細(xì) 胞培養(yǎng)方法存在明顯不足。首先是細(xì)胞的體積微小，傳統(tǒng)方法提供的培養(yǎng)環(huán)境明顯與體 內(nèi)環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，難以全面模擬細(xì)胞生活的真實(shí)環(huán)境；還有就是細(xì)胞所需數(shù)量巨大，不 易進(jìn)行單細(xì)胞的控制和操縱，觀察不直接，耗費(fèi)試劑。將微流控芯片和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)相 結(jié)合所得到的細(xì)胞培養(yǎng)芯片，具有明顯的優(yōu)越性。從器件尺寸而言，芯片尺寸特征與單 個(gè)生物細(xì)胞在尺度上具有相容性，有助于實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)；從結(jié)構(gòu)上而言， 芯片內(nèi)物質(zhì)傳輸與熱傳導(dǎo)非常迅速，有利于細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境的快速穩(wěn)定；從集成性而言， 芯片上可以集成多種部件和功能，易實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)裝置的微型化。由于這些優(yōu)勢(shì)的存在， 細(xì)胞培養(yǎng)芯片在細(xì)胞遷移、細(xì)胞分化、藥物篩選等多個(gè)領(lǐng)域正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

指示細(xì)胞的試劑和細(xì)胞培養(yǎng)液的灌注是影響細(xì)胞培養(yǎng)成功與否的關(guān)鍵因素，也是細(xì) 胞培養(yǎng)芯片設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。當(dāng)灌注指示細(xì)胞的試劑流速大時(shí)，所引起的剪切力會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn) 生不利影響；當(dāng)流速過(guò)小時(shí)，試劑就不能均勻的擴(kuò)散，從而影響檢測(cè)的結(jié)果。當(dāng)灌注細(xì) 胞培養(yǎng)液流速大時(shí)，浪費(fèi)細(xì)胞培養(yǎng)液，而且大流速引起的剪切力會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生不利影響； 當(dāng)流速過(guò)小時(shí)，可能導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)和供養(yǎng)不足以及有毒分泌物的積累，從而影響細(xì)胞的正常 生長(zhǎng)。因此，為實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的穩(wěn)定培養(yǎng)，不但需要選擇一個(gè)合適的流速來(lái)灌注指示細(xì)胞的 試劑和細(xì)胞培養(yǎng)液，而且需要保證細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)內(nèi)液體的均勻傳輸。

目前，還沒(méi)有專(zhuān)利或其它公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)可以很好的解決上述問(wèn)題。只有少量文獻(xiàn)， 如P.J.Hung等人在Lab?Chip上刊登的文章論文一“A?novel?high?aspect?ratio microfluidic?design?to?provide?a?stable?and?uniform?microenvironment?for?cell growth?in?a?high?throughput?mammalian?cell?culture?array”(Lab?Chip，2005，Vol.5， 44-48)給出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可以減小灌注培養(yǎng)液時(shí)對(duì)細(xì)胞引起的不利影響，但存在流 速不均勻以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。如圖1所示，該微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元包括有一個(gè)圓形的 細(xì)胞培養(yǎng)腔體，一組環(huán)繞主腔體周?chē)乳g隔分布的灌注通道，以及四個(gè)用于流體傳輸?shù)? 口。細(xì)胞懸浮液以及指示細(xì)胞的試劑從上口注入，下口排出；細(xì)胞培養(yǎng)液從左口注入， 右口排出。圖中英文的中文含義為：Cell?Loading(細(xì)胞裝載)，Perfusion?Inlet(灌 注入口)，Cell?Culture?Chamber(細(xì)胞培養(yǎng)腔)，Perfusion?Outlet(灌注出口)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：為解決上述指示細(xì)胞的試劑和細(xì)胞培養(yǎng)液的灌注所產(chǎn)生 的對(duì)細(xì)胞的不利影響問(wèn)題，提供一種能夠在一定量指示細(xì)胞的試劑和細(xì)胞培養(yǎng)液灌注的 情況下有效降低相應(yīng)的對(duì)細(xì)胞的不利影響的微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞培養(yǎng) 液和細(xì)胞檢測(cè)試劑的均勻傳輸同時(shí)消除或減弱指示細(xì)胞的試劑和細(xì)胞培養(yǎng)液灌注時(shí)對(duì) 細(xì)胞的不利影響問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的穩(wěn)定培養(yǎng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元，具有橢圓形凹槽，在橢圓形凹 槽的長(zhǎng)軸和短軸方向分別具有與橢圓形凹槽連通的四個(gè)凹槽，該四個(gè)凹槽的深度與橢圓 形凹槽的深度相同，其中短軸方向的第一凹槽和第三凹槽分別用作細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的入口和 出口，用于傳輸細(xì)胞；長(zhǎng)軸方向的第二凹槽和第四凹槽分別用作液體傳輸區(qū)的入口和出 口，用于傳輸細(xì)胞培養(yǎng)液以及指示細(xì)胞的試劑；在橢圓形凹槽底面具有圓環(huán)壁，該圓環(huán) 壁與橢圓形槽同心設(shè)置，且其直徑小于橢圓形凹槽短軸方向的長(zhǎng)度，高度略小于橢圓形 凹槽的深度；所述圓環(huán)壁在與第一凹槽和第三凹槽相對(duì)的位置形成第五凹槽和第六凹 槽，從而將該圓環(huán)壁分割成對(duì)稱(chēng)的第一弧形壁和第二弧形壁，在兩個(gè)弧形壁的相對(duì)端的 外側(cè)面分別具有平行的連接壁，用于連接弧形壁和橢圓凹槽壁；第五凹槽和第一凹槽以 及第六凹槽和第三凹槽連通，從而形成細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的入口和出口；在橢圓形壁與相鄰的 弧形壁和連接壁之間的部分為液體傳輸區(qū)，用于使細(xì)胞培養(yǎng)液以及指示細(xì)胞的試劑的流 速更加均勻；兩個(gè)弧形壁之間的區(qū)域?yàn)榧?xì)胞培養(yǎng)區(qū)，用于納置培養(yǎng)液及待培養(yǎng)的細(xì)胞； 兩個(gè)弧形壁與連接壁上方的區(qū)域作為液體過(guò)渡區(qū)，用于連接液體傳輸區(qū)和細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)。