[發明專利]一種向活細胞施加外力的裝置、方法及高通量微流控芯片

在審

• 申請號: 201911043492.1
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110713898A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 韓琳;邵曉薇;王敏;劉宏;張宇;褚玉金
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M3/00
• 代理公司: 37247 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 馬千會

本發明屬于生物力學技術領域，涉及細胞力學研究的裝置與方法。一種向活細胞施加外力的裝置，包括：第一芯片，所述第一芯片上設有細胞培養腔、與所述細胞培養腔連通的第一流道；第二芯片，位于所述第一芯片的上方，用于向所述第一芯片施加壓力。本發明的向活細胞施加外力的裝置，能夠實現細胞培養，并向培養中的細胞施加法向和/或切向作用力，豐富了細胞力學研究的實驗手段。

技術領域

本發明屬于生物力學技術領域，涉及細胞力學研究的裝置與方法。

背景技術

細胞力學（cell mechanics）是生物力學的一個前沿領域，也是組織工程學的一個重要組成部分。它涉及細胞在力學載荷作用下細胞膜、細胞骨架的變形、彈性常數、粘彈性、粘附力等力學性能的研究，以及力學因素對細胞生長、發育、成熟、增殖、衰老和死亡等的影響及其機制研究。

對于細胞力學來講，其研究的前提條件是細胞的力學加載方式；所以尋找合適的細胞力學加載方法及相關的生物學測量手段是細胞力學研究的首要問題。細胞力學實驗是在一定條件下對細胞所處的生物力學環境的模擬。

按照所模擬力的來源不同，通常分為模擬體內力學環境和模擬體外力學環境兩大類。模擬體內力學環境的實驗方法主要有流動剪切力法、基底拉伸法、靜水壓法、圓周應力法；模擬體外力學環境的實驗方法主要有微重力細胞培養法、離心力場法、氣體加壓法、聲波刺激法、微光束輻照法。此外，研究單細胞力學特性的實驗方法主要有微管吸吮法、原子力顯微鏡懸臂刺激法、磁珠扭轉法和光鉗法。

現有的方法和儀器設備一般只應用于對細胞施加單一方向和類型的外力，如切向的流體剪切力或法向的壓力等。然而，細胞在生理環境中通常會受到多個方向所施加的不同形式的外力。因此，模擬細胞的生理環境并研究其對外力的反應機制需要一種能在體外對培養中的細胞施加多向外力的方法和相應裝置。

發明內容

為了彌補現有技術中存在的問題，本發明提供一種向活細胞施加外力的裝置及方法，可以同時向培養中的活細胞施加法向與切向外力。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種向活細胞施加外力的裝置，包括第一芯片，所述第一芯片上設有細胞培養腔，與所述細胞培養連通的第一流道；

第二芯片，位于所述第一芯片的上方，用于向所述第一芯片施加壓力。

作為本發明的進一步改進，所述的第二芯片上設有第二流道，所述第二流道用于向所述第一流道施加壓力，控制所述細胞培養腔前后端流道的開啟和關閉。

作為本發明的進一步改進，所述的第二芯片上設有壓力腔室，所述的壓力腔室位于所述細胞培養腔的正上方。

作為本發明的進一步改進，所述的第一流道設有入口管道和出口管道，所述入口管道和出口管道穿過所述的第二芯片，并開口于所述第二芯片的表面。

作為本發明的進一步改進，所述第一流道設有若干分支，所述分支垂直于所述第一流道的主干，所述細胞培養腔開設在所述分支上；所述出口管道連接在所述分支的末端

作為本發明的進一步改進，所述第二芯片上設有與所述壓力腔室連接的第三流道。

作為本發明的進一步改進，所述的第一芯片的下方設有載玻片，所述第一芯片與所述載玻片鍵合。

作為本發明的進一步改進，所述的第一芯片、第二芯片采用PDMS制成。

本發明解決其技術問題，采用的另一種技術手段是提供一種向活細胞施加外力的方法，包括：

將細胞溶液注入第一流道內，流入細胞培養腔內；

待注入的細胞正常貼壁生長后，向第二流道內注入液體，第二流道充滿液體后受到壓迫，可向第一流道施加壓力，阻斷第一流道，從而使細胞培養腔室兩端閉合；