[發(fā)明專利]基于微流體驅動的斑馬魚卵旋轉微操作系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810083853.4
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108359577B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 詹志坤;孫浩;趙玉良;劉俊山
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12N15/89
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

一種基于微流體驅動的斑馬魚卵旋轉微操作系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)主體為一微流控芯片，所述微流控芯片內設有兩條呈一定角度的液體流入微管道和液體流出微管道，一個細胞室；所述細胞室側壁與液體流入微管道和液體流出微管道相通連；所述液體流入微管道的截面面積小于液體流出微管道的截面面積。當控制流體以一定速度從液體流入微管道經細胞室側壁流入液體流出微管道時，流體驅動力帶動細胞自動產生旋轉運動，細胞旋轉速率和角度可通過高精密注射泵控制流體流動的速度和時間，實現(xiàn)自動調節(jié)。本發(fā)明系統(tǒng)操作精度高、自動化程度高、重復性強、價格低廉、操作簡單，采用本發(fā)明系統(tǒng)輔助確定注射位點，具有較高的定位精度，因此能夠大大提高顯微注射成功率。

技術領域

本發(fā)明屬于微納米操作技術領域，涉及一種基于微流體驅動的斑馬魚卵旋轉微操作系統(tǒng)及控制方法。

背景技術

斑馬魚是一種重要的模式生物，與人類器官在結構、生化水平上有極高的相似度，在胚胎發(fā)育機制的研究及各種人類疾病研究中得到了廣泛應用。斑馬魚胚胎體外受精、體外發(fā)育且胚胎透明，因此觀察和操作十分便利。針對斑馬魚胚胎細胞進行外源物質導入，進而開展相關遺傳學、發(fā)育學實驗研究是目前生物學領域非常重要的研究內容，而顯微注射技術是實現(xiàn)該項研究的重要使能技術之一，是一項非常普遍的操作方法。但由于魚卵細胞的各向異性和注射物質的不同，注射時往往需要選擇不同的注射部位才能實現(xiàn)預期功能，因此注射的關鍵困難之一是如何使魚卵旋轉到一個合適的角度以確定注射位點。

針對細胞位姿調節(jié)問題，目前能夠實現(xiàn)可控調節(jié)的主流技術主要分為接觸式和非接觸式兩大類。其中，接觸式顯微操作方法是通過微操作工具對細胞進行吸持，在反復釋放的偶然結果中尋找合適的位姿，完全依賴于操作者的經驗，成功率非常低，且易對細胞造成損壞。而非接觸式操作方法則通過某種“力”或“力矩”直接作用于細胞上，讓其移動或旋轉，如激光法、介電泳法、電磁法等；或是讓細胞所處的溶液產生微流動，以此驅動細胞移動或旋轉。這兩種操作方法均可避免或減少對細胞的傷害，是目前國內外的研究主流。

在非接觸型細胞位姿調節(jié)方法中，微流體法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操作的，關鍵技術是如何產生和控制微觀尺度下流體的運動，即微流場。南京理工大學公開了一種顯微注射用單細胞微操作裝置(中國專利申請?zhí)枮镃N200810019091)，該專利申請通過固定兩根不同軸的玻璃微管噴射能夠使細胞轉動的微流體，通過控制流體的速度及流量來控制細胞的轉動角度，是一種安全的操作方法。但如果細胞的尺寸、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。日本電氣通訊大學報道了一種通過振動玻璃微桿產生漩流場的方法，當細胞處在這種漩流場中時就會轉動起來。該方法也不會對細胞造成機械傷害，但在微米和亞微米范圍內時，玻璃微管的振動方式就會受到一定限制，使細胞姿態(tài)的調整有一定局限性。利用微流場調整細胞姿態(tài)的方法可完全避免對細胞造成傷害，目前提出的能夠產生微流場的方法，結構上均需借助玻璃微管，導致設計復雜，調整不便，自動化程度不高，因此不適合大批量細胞的并行調節(jié)，距離實用化有一定差距。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足和缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流體驅動的斑馬魚卵旋轉微操作系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)操作精度高、自動化程度高、重復性強、價格低廉、操作簡單，可輔助實現(xiàn)高精度細胞顯微注射操作，對于斑馬魚卵及其他生物細胞的精確轉染和發(fā)育觀測研究具有重要意義。

為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種基于微流體驅動的斑馬魚卵旋轉微操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主體為一微流控芯片，所述微流控芯片內設有兩條呈一定角度的液體流入微管道和液體流出微管道，一個細胞室；所述細胞室側壁與液體流入微管道和液體流出微管道相通連；所述液體流入微管道的截面面積小于液體流出微管道的截面面積。

當控制流體以一定速度從液體流入微管道經細胞室側壁流入液體流出微管道時，流體驅動力帶動細胞自動產生旋轉運動，細胞旋轉速率和角度可通過高精密注射泵控制流體流動的速度和時間，實現(xiàn)自動調節(jié)。