[發明專利]一種氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片及其操作方法

無效

• 申請號: 201210207999.8
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102728423A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 王進義;劉文明;涂琴;王建春;張艷榮;許娟;王堯磊;劉瑞;申少飛;趙磊;袁茂森;李天保
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明涉及微型化細胞操作技術領域的一種細胞芯片，具體涉及一種用于實時控制性細胞捕獲與釋放的氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片及其操作方法。

背景技術

微型化細胞操作技術是有效開展生命微觀世界科學探索的重要條件。微流控芯片技術，作為本世紀具有代表性的微型操作與分析平臺技術之一，顯示出極強的細胞精確操作能力。迄今為止，涉及微流控芯片細胞操作的方法主要包括：機械操作、微流體操作、磁學操作、光學操作、電場操作以及聲學操作等。其中，機械操作依賴性細胞芯片以其制備簡單、操作快捷、能夠開展實時高通量且無需輔助電子儀器等優勢，長期為國內外研究學者所采納。然而，目前芯片內用于細胞研究的機械操作多屬于被動式細胞操作，缺乏操作的靈活性和可逆性。常見的細胞機械定位元件（例如：微壩和微孔）由于其高度固定，細胞一旦被捕獲則難以完全清除，因此無法完成細胞回收和細胞再捕獲操作，即只能進行一次性細胞捕獲。這樣，不僅造成了芯片材料的大量消耗，同時在很大程度上也限制了所捕獲細胞的后期試驗研究范圍。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于微流控芯片技術的氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片及其操作方法。能夠實現捕獲微結構實時動態的空間調節，進而實現細胞捕獲、保護、釋放及再捕獲的時間與空間控制操作。其操作簡單快捷，易于廣大細胞研究人員掌握。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片，其特征在于，由流動層和氣動層組成；

所述的流動層由8個細胞微腔組成，各細胞微腔通過對稱分布的微管道網絡相互連接，每個細胞微腔設有進口和出口；流動層還設有一個進樣入口，該進樣入口通過微管道與各個細胞微腔的進口相連通。

所述的氣動層由48個“U”型氣動微結構和相對應的48個保護傘狀氣動微結構組成，其中，每6個“U”型氣動微結構和相對應的6個保護傘狀氣動微結構構成一個陣列單元，該陣列單元與流動層的單個細胞微腔相對應，各個U”型氣動微結構通過微管道網絡相連接，微管道上設置進氣入口；各保護傘狀氣動微結構也通過微管道網絡相連接，微管道上同樣設置進氣入口。

所述的“U”型氣動微結構和相對應的保護傘狀氣動微結構存在二維和三維的基本空間狀態，即當在一定氣壓作用下，“U”型氣動微結構和相對應的保護傘狀氣動微結構受到激發從而形成三維結構；當在大氣壓下，“U”型氣動微結構和相對應的保護傘狀氣動微結構為二維結構；其中，“U”型三維氣動微結構用于對細胞的攔截捕獲操作，而三維保護傘狀氣動微結構用于對捕獲細胞的保護，防止液流對細胞的力學作用。

本發明的氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片材料為PDMS聚合物，與涂有PDMS聚合物的玻璃材料進行不可逆封接，保證芯片質量和微管道網絡的獨立性。

上述氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片的操作方法，其特征在于，在一定流速下，將細胞懸液由流動層入口，通過均勻分布的微管道，分別灌注進入8個細胞微腔內；然后由“U”型氣動微結構的進氣入口給予“U”型氣動微結構一定氣壓，使“U”型氣動微結構由二維結構變為三維結構，從而形成“U”型微壩并完成對細胞的陣列式攔截捕獲；

當捕獲操作完成后，通過對保護傘狀氣動微結構的進氣入口給予保護傘狀氣動微結構一定氣壓，阻斷細胞微腔內液流進入“U”型氣動微結構，從而保護已捕獲的細胞；

當一次細胞操作與分析完成后，分別撤銷施加于保護傘狀氣動微結構和“U”型氣動微結構的氣壓，還原為大氣壓狀態，從而使保護傘狀氣動微結構和“U”型氣動微結構恢復至二維結構，進而使捕獲細胞隨液流排出細胞微腔。

本發明的氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片，其帶來的技術效果在于：可以在單個微流控芯片內連續完成細胞的捕獲、保護、釋放及再捕獲操作。相對于以往微流控芯片內的機械操作，其在細胞操作方面具有更好的時間與空間控制性及靈活性，同時具有操作簡單快捷、樣品與能量低消耗等特點，能夠廣泛應用于多種平行高通量與多重復式細胞操作與分析應用以及細胞樣品再分析應用。

附圖說明

圖1是本發明的氣動陣列化細胞捕獲與釋放芯片的流動層和氣動層平面結構示意圖，其中標記分別表示：1表示流動層進樣入口，2和3表示流動層管道出口，4和5表示氣動層“U”型氣動微結構的進氣入口，6表示氣動層的保護傘狀氣動微結構的進氣入口。