[發明專利]一種研究剪切力和生化因子梯度調控細胞劃痕修復的微流控系統及方法

有效

• 申請號: 202011278907.6
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112481123B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 覃開蓉;楊雨濃;李泳江;薛春東;王宇;于苗;王艷霞;吳斯達;胡思毓;趙家銘
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/34;C12M1/36;C12M1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

1.一種研究剪切力和生化因子梯度調控細胞劃痕修復的微流控系統，其特征在于，包括恒流微泵（A）、微型細胞培養箱（B）、微流控芯片（C）和細胞“劃痕”試驗檢測裝置（D）；

所述的恒流微泵（A）包括恒流發生器（A-1）和彈性阻尼器（A-2）；恒流發生器（A-1）包括離心管和兩端開口的軟管；彈性阻尼器（A-2）為圓柱形透明管，其頂部連接有一個可開關的接頭，用于控制是否與大氣相通；彈性阻尼器（A-2）一端通過軟管與恒流發生器（A-1）相連，另一端和微流控芯片（C）中“圣誕樹”型微通道“樹頂”端的四個入口相通，用于灌注細胞培養基、生化因子溶液或胰蛋白酶溶液；

所述的微型細胞培養箱（B）包括外圍溫度控制及反饋裝置、氣體數字混合器及氣體傳感器反饋控制裝置；用于實時監測、反饋和控制微型細胞培養箱（B）內溫度和氣體濃度，為微流控芯片（C）上的細胞培養提供良好的環境；

所述微流控芯片（C）包括“圣誕樹”型濃度梯度生成器（C-1）、細胞培養基入口（2）、細胞培養腔（C-2）、溶液出口（3）；其中“圣誕樹”型濃度梯度生成器（C-1）包括第一入口（1-1）、第二入口（1-2）、第三入口（1-3）、第四入口（1-4）和“圣誕樹”型微通道；第一入口（1-1）、第二入口（1-2）、第三入口（1-3）、第四入口（1-4）分別設置于“圣誕樹”型微通道的“樹頂”端，“圣誕樹”型微通道的“樹根”端匯集并與細胞培養腔（C-2）相通；細胞培養腔（C-2）包括三個入口和一個出口，其中一個入口與“圣誕樹”型微通道相通，另外兩個入口分布于“圣誕樹”型微通道兩側，并匯集成一個細胞培養基入口（2）；溶液出口（3）位于細胞培養腔（C-2）的尾端；

所述的細胞“劃痕”試驗檢測裝置（D）包括倒置熒光顯微鏡成像系統，用于實時監測細胞培養腔（C-2）內劃痕修復進程的實際狀態。

2.根據權利要求1所述的一種研究剪切力和生化因子梯度調控細胞劃痕修復的微流控系統，其特征在于，所述的恒流發生器（A-1）中兩端開口的軟管下端開口處的壓強始終保持與外界大氣壓相同；往離心管加入液體，液體上方封閉一段空氣柱，滿足氣體狀態方程:

P₁V₁=C₁ (1)

其中，P₁為氣體壓強，V₁為氣體體積，C₁是常數；設a點為恒流發生器內液面所處位置；b點為兩端開口軟管下端所處位置；c點為恒流發生器液體流出位置；若液面高度高于軟管下端開口處，則由于重力作用液體從c點流出，離心管中的水面下降，水面上方密閉的氣體體積增大，氣體壓強減少，液體下流的速度就會減慢，導致容器內b點的水平面壓力小于外界大氣壓，外界氣體會在大氣壓的作用下通過軟管下端的b口補氣；

設c點的高度為H_c=0，b點的高度為H_b，a和b兩點之間的距離為△H，液體從c點流出的速度大小根據伯努利方程進行求解：

(2)

其中，為常數，為流體中某點的流速，為流體中該點的高度，為該點的壓強，為流體密度，為重力加速度；

設c點的壓強為，c點流速為，b點的壓強為，b點流速為V_b,則根據用伯努利方程（2）得：

(3)

其中b點處與c點處均與大氣接觸，所以P_b=P_c=P_atm；P_atm為大氣壓強；由于整個容器的橫截面面積遠大于c點的面積，根據連續性方程，，故認為V_b=0；將前述條件代入公式（3），即求得c點處液體流動速度為：

(4)

由公式（4）得：當時，是恒定的，此時溶液從c孔流出的速度是恒定的，其大小取決于H_b的大小。