[發明專利]測量單細胞細胞膜水利滲透性系數的微裝置

在審

• 申請號: 202010081620.8
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111141656A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 丁衛平;徐曄曄;邱本勝;李士博
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N27/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王小清

本發明提供了一種測量單細胞細胞膜水利滲透性系數的微裝置，包括依次疊加設置的上層芯片、薄膜和下層芯片；上層芯片的前端判斷通道、下層芯片的前端判斷電極和薄膜構成前端判斷區，上層芯片的單細胞捕獲通道、下層芯片的差分電極對和薄膜構成了細胞膜水利滲透性系數測量區。這種基于單細胞捕獲和細胞阻抗譜的微裝置能夠更精確、快速、高效地測量單細胞細胞膜水利滲透性系數，有利于減少稀有細胞在測量中的損耗。

技術領域

本發明涉及醫療器械技術和細胞冷凍保存技術領域，尤其涉及一種基于單細胞捕獲和細胞阻抗譜的測量單細胞細胞膜水利滲透性系數的微裝置。

背景技術

低溫保存是用于生殖醫學、組織再生和細胞治療等領域珍貴細胞保存的重要技術。對于一些比較稀有、價格昂貴和增殖能力有限的細胞，通過冷凍保存可顯著增強其臨床應用的組織可用性。但是，目前的冷凍保存技術存在復蘇效率低的問題,相關的冷凍保存技術并不是十分有效。為了提高冷凍保存的成功率，冷凍保存過程的優化是首要考慮因素，其中細胞膜水利滲透性系數(Lp)的準確測定對于冷凍保存的優化極其重要，且對于珍貴稀少的細胞，單細胞水平的Lp測定方法有利于減少測定過程中細胞損耗。因此，開發快速、高效、精確的單細胞水平Lp的測定方法具有重要意義。

在過去幾十年中，研究者采用了多種方法來測定Lp。一般而言，已知的方法主要包括：微觀停流法、微灌注室法、灌注顯微鏡法、微擴散室法以及微量移液器灌注法。微觀停流法是通過兩種流體的混合來控制細胞外溶液的濃度變化，從而能夠使用顯微鏡拍照記錄細胞的瞬時體積變化，但是兩相流也造成了無法觀察細胞反向恢復的過程。微灌注室法是測量細胞Lp的常規方法；在這種方法中，一組細胞可以沿著障礙物邊沿被捕獲，該裝置不能保持被捕獲的細胞分開，細胞間可能相互作用，導致測定過程中的誤差。灌注顯微鏡法是將細胞捕獲在微小結構內，改進了微灌注室法不能保持被捕獲細胞分開的不足，但是用顯微鏡拍照計算細胞體積需假設細胞為球型，引入了結果誤差。微擴散室法中細胞外液滲透壓的改變是通過擴散的方法，然而該方法存在兩個潛在的問題(a)透析膜容易被破壞，(b)由于透析膜的存在而引入額外的數學復雜性。微量移液器灌注法是使用微量移液器向固定的卵母細胞中灌注各向異性溶液，然而該方法只適用于具有殼的細胞類型。并且，上述方法都是采用光學顯微鏡拍照的方法記錄細胞體積的變化過程，由于存在光學分辨率不足和人為調焦的差異，會使測量結果產生誤差?？傊?，現有方法通常存在測量不夠準確、操作復雜、適用范圍小等不足；因此，在細胞Lp測量應用中受到限制。

因此，迫切需要一種測量精確、適用范圍廣以及操作簡單的單細胞Lp的測定方法。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種測量精確、適用范圍廣的單細胞Lp的測定方法。

有鑒于此，本申請提供了一種測量單細胞細胞膜水利滲透性系數的微裝置，包括依次疊加設置的上層芯片、薄膜和下層芯片；

所述上層芯片上設置有貫通的儲液槽和廢液出口；

自上層芯片端，所述上層芯片的下表面設置有微通道，且所述微通道設置于所述儲液槽和所述廢液出口之間；

所述微通道包括主通道、前端判斷通道和單細胞捕獲通道，所述主通道用以連接所述儲液槽、前端判斷通道、單細胞捕獲通道和廢液出口；所述單細胞捕獲通道包括對稱設置的兩個單細胞捕獲微結構；

自上層芯片端，所述下層芯片的上表面設置有凸起結構的檢測電極；

所述檢測電極包括前端判斷電極對和差分電極對，所述差分電極對包括測量電極對和參考電極對；

所述前端判斷通道與所述前端判斷電極對相對設置，所述單細胞捕獲通道與所述差分電極對相對設置；

所述前端判斷通道、前端判斷電極和薄膜構成前端判斷區；所述單細胞捕獲通道、差分電極對、薄膜構成細胞膜水利滲透性系數測量區；

所述薄膜用以實現上層芯片和下層芯片的鍵合。