[發明專利]一種細胞位姿調節芯片、裝置和方法

在審

• 申請號: 201410370791.7
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104140927A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 黃海波;錢成;陳立國;李相鵬;陳濤;劉吉柱;楊湛;孫立寧
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/42;C12N13/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發明屬于生物技術領域，特別是涉及一種細胞位姿調節芯片、裝置和方法。

背景技術

20世紀70年代興起的以基因(DNA)重組為核心的現代生物技術發展突飛猛進，已成為人類解決畜牧業、農業、醫療保健等諸多問題的重要手段。細胞顯微注射技術是一種典型的生物微操作技術，廣泛應用于卵胞漿內單精子顯微注射、胚胎切割及移植、原核注射和克隆等領域。細胞內部結構與其形態具有對應關系，被操作細胞位置和姿態（合稱位姿）對實驗效率和結果具有重要影響，實驗人員要求第一極體遠離注射針和吸持針的操作位置，以減輕對紡錘體等細胞器的損傷。

細胞位置調節的方法主要通過吸持管，光鑷，磁場，超聲波，微流體來移動細胞到固定位置。其中，吸持管和光鑷需要在視覺下處理，而且激光對細胞有一定影響，不適合生物實驗。而磁場法操作較為復雜，且磁場對生物細胞的影響尚未明。超聲波對細胞的損傷較大，不適合生物實驗。而最常用的是微流體吸附平臺，通過微孔抽離液體，從而帶動微粒移動，最終吸附到微孔上。但是吸附到微孔上的細胞姿態是隨意的，且吸附后姿態難以調整。

細胞姿態調節方法分為機械接觸式位姿調節法和非接觸式位姿調節法。機械接觸式位姿調節法對于操作者的經驗依賴度高，操作復雜且成功率低。非接觸式位姿調節法包括激光法、電場法、磁場法、超聲波法、微流控法等，上述非接觸式細胞微操作技術具有可實現細胞任意角度調節的優越性,但存在一個共同不足,不能為微注射針穿刺細胞膜提供穩定支撐。其中，激光法通常需要搭建專用的激光發生及其輔助裝置，造價非常高，而且激動對細胞有一定影響，因此難以推廣使用。電場法中，采用電場讓細胞在兩個正交面內分別旋轉以此來實現細胞三維姿態調節，但在平臺的搭建和調試上將十分困難，限制了其實際的應用。磁場法和超聲波法如上述所說，不適合生物實驗。微流體法細胞位姿調節技術是采用流體運動產生的壓力、粘性力等驅動細胞運動的原理來進行來操作。在水平面和豎直平面分別各有1對相互偏置的微管道，通過噴吐等速的流體推動細胞滾動，從而實現細胞姿態的調節，接著通過吸持管固定后注射。該方法缺點是如果細胞的尺寸、大小變化，溶液粘性有所不同的時候，需要對固定的兩根玻璃微管及其流量進行重新調整甚至重新設計，對此，華南理工大學對此進行了優化，通過使用音圈馬達控制微管伸縮調整，從而滿足不同尺寸細胞的要求。但是，缺點仍然存在，位姿調節完成后，在進行后續操作前需要進行細胞的吸持操作，這極易再次改變細胞已經調整好的方向，對后續操作較為不利。

發明內容

本發明的目的在于提供一種細胞位姿調節芯片、裝置和方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明實施例公開了一種細胞位姿調節芯片，包括依次疊加的基底層、微通道層、電極層和微流體腔層，所述電極層上開設有至少一個微孔，每個微孔的四周繞設有一個可以產生負介電泳、行波介電泳和電旋轉介電泳的微電極，?所述微通道層上形成有微流道，所述微流道的一端連通于所述微孔，另一端與真空吸附裝置連接，所述微流體腔層于所述微電極的對應位置上形成有微槽。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述每個微電極包括呈螺旋狀繞設于所述微孔四周的四個信號電極。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述微電極的中部圍成一中空區域。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述每個信號電極靠近所述微孔的一端分別與一半橢圓狀電極連接。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述每個信號電極的寬度為20~40μm，所述相鄰兩個信號電極之間的間距為20~40μm。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述信號電極遠離所述微孔的一端與模擬開關連接。

優選的，在上述的細胞位姿調節芯片中，所述電極層包括ITO玻璃以及形成于所述ITO玻璃側邊的PCB電路板，所述微電極形成于所述ITO玻璃的上表面，所述PCB電路板的邊緣設置有4個信號輸入端，該4個信號輸入端分別通過形成于所述PCB電路板上的導電線路連接于所述4個信號電極，所述模擬開關設置于所述PCB電路板上。

本發明實施例還公開了一種細胞位姿調節裝置，包括：

細胞位姿調節芯片；

雙通道可同步信號發生器；

反相器，接收來自雙通道可同步信號發生器的正弦波，并將其分成0°、90°、180°和270°的4路正弦波信號，然后輸送至細胞位姿調節芯片的微電極；

倒置的顯微鏡與CCD，采集細胞位姿調節芯片上細胞的圖像，并將該圖像通過視頻采集卡反饋給計算機；