[發明專利]一種自動捕獲單細胞的微流控芯片

有效

• 申請號: 201210418914.0
• 申請日: 2012-10-27
• 公開（公告）號: CN102876563A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 覃開蓉;李泳江
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元

技術領域

本發明屬于細胞生物學實驗裝置技術領域，是基于流體力學原理和微流控技術的用于長時間捕獲、觀察、檢測離體懸浮單細胞的生物學研究實驗裝置，具體為一種自動捕獲單細胞的微流控芯片。

背景技術

細胞微環境與細胞相互作用日益成為細胞生物學領域的研究熱點之一。對離體懸浮培養的單細胞進行操控、觀察、檢測是探究細胞生物學行為常用的手段。高度、橫向和縱向尺度在微米、毫米或厘米量級的微流控芯片裝置不僅是捕獲、操控離體培養細胞的理想實驗平臺，也是構建離體培養細胞微流動生物力學和生物化學環境的重要實驗工具，在細胞生物學研究工作中得到了廣泛使用。現有的研究多數利用流體駐點或物理屏障對單細胞進行捕獲。利用流體駐點捕獲單細胞對細胞機械損傷小，但常因駐點位置不穩定、捕獲時間短而不利于長時間觀察、檢測和分析；而外加反饋控制系統的駐點捕獲方法則由于外部光學傳感器和控制器機構復雜，成本偏高，不便廣泛應用。利用物理屏障捕獲單細胞簡單且成本低廉，但容易造成細胞損傷且不便于加載動態生化信號刺激。因此迫切需要一種能對離體懸浮培養單細胞進行長期捕獲、避免細胞損傷且便于加載動態生化信號刺激的單細胞捕獲微流控芯片。

發明內容

本發明的設計目的在于提供一種用于單細胞生物學研究的捕獲單細胞的微流控芯片，設計中利用流體力學原理和微流控技術，巧妙地將駐點流理論與物理屏障相結合，實現對單細胞的長時間捕獲，同時對捕獲細胞加載動態生化信號刺激，用于單細胞生物學的實驗研究。

本發明是一種集成了培養液入口、細胞懸浮液入口、培養液入口通道、自動捕獲微通道系統、輸出匯合通道和液體出口的玻璃-PDMS芯片。

本發明的技術方案如下：

一種自動捕獲單細胞的微流控芯片，該微流控芯片包括培養液入口，細胞懸浮液入口，培養液入口上通道，培養液入口下通道，細胞懸浮液入口通道，自動捕獲微通道系統，輸出匯合通道和液體出口；

所述的自動捕獲微通道系統由細胞捕獲流動腔，輸出上通道，輸出下通道，阻力通道構成。

其中，細胞捕獲流動腔包括一個入口和上、中、下三個出口，入口與培養液入口上通道、培養液入口下通道、細胞懸浮液入口通道相通，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，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。

在Z=x+iy平面上引進復勢

式中和φ(x,y)分別是平均流速的勢函數和流函數，在我們熟知的流動復勢中，W(Z)＝AZⁿ（其中A是實數，n為正數且n>2）對應一類重要的平面勢流。由于

Z=x+iy＝re^iθ????????????????????(2)

這里r為Z的模，θ為Z的幅角，所以流函數φ(x,y)和勢函數滿足

因此，等勢線和流線分別為

rⁿcosnθ=const????(4)

與

rⁿsinnθ=const?????????(5)

圖2給出了n＝3時該平面勢流的流線（實線）和等勢線（虛線），坐標原點處的流速為零，即流體駐點。利用該平面勢流的特點，構造如圖3所示的細胞捕獲流動腔，使細胞捕獲流動腔的軸線、邊界與流線重合。因此，上、下曲線邊界方程為