CN101226132B - 快速测量细胞尺寸的微芯片及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于快速测量细胞尺寸的微芯片，包括基片和覆盖层，基片上蚀刻用于让细胞通过的微通道，微通道的两侧分别对称设有鞘液微通道并与微通道交汇形成测量通道；每路测量通道都设一个测量区，测量区由通过硅微加工固定在覆盖层上的压阻式微压力传感器和与之对应的测量通道构成。使用本发明微芯片的方法包括：通过零点定标、细胞尺寸测量函数定标后，让被测细胞通过测量区，根据输出的电压值，将其带入定标得到的细胞尺寸一电压对应函数就可以得出细胞尺寸的大小。本发明具有结构简单、制作容易、成本低的优点。能够对细胞进行实时测量，而且测量方便、快速、准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时、快速、准确测量细胞尺寸的微芯片，以及采用此微芯片对细胞尺寸进行测量的方法。
背景技术
细胞作为生命科学研究的基础，是现代生命科学发展的重要支柱。生物的生殖发育、遗传、神经(脑)活动等重大生命现象的研究都要以细胞为基础。植物与动物生长发育是依靠细胞增殖、细胞分化与细胞凋亡来实现的，一切疾病的发病机制也要以细胞病变研究为基础，因此对细胞进行研究具有非常重要的意义。
目前国内外对细胞的大小测量方式主要有以下两种：显微镜测量方法主要是通过人眼在显微镜下观察，再由安装在显微镜上的测微器获得，这种方法测量费时费力，而且准确度不高。图像处理方法通过CCD摄像头采集细胞图像后，在计算机中通过图像处理软件对细胞直径进行测量，该方法成本相对较高，无法对细胞进行实时的测量。流式细胞术是采用光学方法对细胞的大小进行测量，被荧光染色的细胞在激光束照射下产生前向散射光，通过光电倍增管在前方小角度接受散射光信号，这种信号可反映细胞体积大小。这种测量技术主要用于流式细胞仪中，仪器非常昂贵，不利于普及。目前还没有用于对细胞大小进行快速准确测量且成本低廉的技术。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种能够快速、准确对细胞大小进行实时测量，并且成本较低的快速测量细胞尺寸的微芯片。
本发明的另一目的是提供采用上述微芯片进行快速测量细胞尺寸的方法。
本发明的目的是这样实现的：快速测量细胞尺寸的微芯片，其特征在于主要包括基片和覆盖层，基片上蚀刻用于让细胞通过的微通道，微通道的两侧分别对称设有鞘液微通道并与微通道交汇形成测量通道；每路测量通道都设一个测量区，测量区由通过硅微加工固定在覆盖层上的压阻式微压力传感器和与之对应的测量通道构成。
使用本发明微芯片测量细胞尺寸的方法，包括如下步骤：
1)零点定标：将细胞微通道与细胞进样泵连接，鞘液微通道和鞘液泵连接，仅让与细胞通道大小一致的标准细胞通过微通道，当单个标准细胞通过测量区时，压阻式微压力传感器会感受到它对该区域的压力，这种压力使压阻式微压力传感器受应力作用而引起其电阻值变化，把输入与输出导线引出传感器，得到相应的电压输出值；以该点电压值为零点，即完成零点定标；该电压输出值就是标准细胞通过时压阻式微压力传感器的电压变化。
2)细胞尺寸测量函数定标：再让5～10个不同的大于该通道尺寸的标准细胞通过测量区，标准细胞的最大尺寸为细胞微通道边长的1.5倍，记录它们通过测量区时压阻式微压力传感器电压的输出；由不同标准尺寸的细胞输入与其对应的电压输出，建立细胞尺寸与压阻式微压力传感器输出电压值的对应关系函数，完成细胞尺寸测量函数定标；
3)细胞尺寸测量：让被测细胞通过测量区，根据输出的电压值，将其带入定标得到的细胞尺寸-电压对应函数就可以得出细胞尺寸的大小。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、能够对细胞进行实时测量，具有测量方便、快速、准确，降低测量成本之优点。
2、加工了鞘液微通道，采用鞘液原理将排列紧密的细胞分开，使细胞间有一定的间距，保证测量时仅有一个细胞在测量区。
3、结构简单、制作容易、成本低。
附图说明
图1是表示本发明细胞测量微芯片结构示意图；
图2是表示本发明细胞测量微芯片在A-A方向的剖视图；
图3是表示本发明细胞测量微芯片在测量区(B-B方向)的剖视图；
图4是细胞尺寸与压阻式微压力传感器输出电压值对应关系函数曲线示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种快速测量细胞尺寸和周期的微芯片，主要包括基片1和覆盖层7，基片1上蚀刻用于让细胞通过的微通道3，微通道3的两侧分别对称设有鞘液微通道2、4并与微通道3交汇形成测量通道5；每路测量通道5都设一个测量区，测量区由通过硅微加工固定在覆盖层7上的压阻式微压力传感器6和与之对应的测量通道5构成。
如图3所示，测量区的压阻式微压力传感器6感受细胞通过该区域产生的压力，并将压力转换为电流或电压的变化，这种变化就对应细胞的尺寸大小。
其中，微通道3和鞘液通道2、4是指具有在石英或玻璃基板1上通过微加工蚀刻形成的凹槽，是让细胞和鞘液通过的通道。根据石英或玻璃基板1加工的容易程度和适合不同细胞生存的需要，微通道的截面可以为矩形、梯形、圆形、三角形或其他形状。
上述微通道的截面的大小可以根据需要，特别是不同种类细胞适当设定。在截面为矩形、梯形、三角形或其他切断形状的情况下，长边和短边通常为2～200μm，优选为10～100μm，进一步优选为10～50μm。在截面为圆、椭圆和其切断形状的情况下，直径通常为为2～200μm，优选为10～100μm，进一步优选为10～50μm。上述直径是假设上述形状为圆或椭圆而算出的，在为椭圆时，表示长径和短径。上述微通道的各个流道的长度可以根据本发明的目的和形成的石英或玻璃基板的大小任意设定，不需要特别限制，通常为0.01mm～10cm左右，芯片厚度为100μm～80μm。在这种范围内，操作容易，而且可以适合用于各种测量。
上述微通道的起始点和终点为基板的顶端部或基板上任意的点，但在起始点和终点之间应包含测量区。当流道的起始点和终点在基板的顶端部时，该起始点或终点可以在最顶端被开放，也可以位于距离基板的最顶端适当长度的内部而且关闭。
1、使用本发明微芯片测量细胞尺寸的方法，包括如下步骤：
1)零点定标：参见图1，将截面尺寸为10×10μm的细胞微通道3与细胞进样泵连接，鞘液微通道2、4和鞘液泵连接，仅让与细胞通道大小一致的直径为10μm的标准细胞8通过细胞微通道3，当单个标准细胞通过测量区时，压阻材料会感受到它对该区域的压力，这种压力使压阻材料受应力作用而引起其电阻值变化，把输入与输出导线引出传感器，可得到相应的电压输出值V0。该电压输出值就是标准细胞通过时测量区压阻材料的电压变化。以该点电压值为零点，即完成了零点定标。
2)细胞尺寸测量函数定标：再让5个尺寸(如11μm，12μm，13μm，14μm，15μm)的大于该通道尺寸的标准细胞通过测量区，标准细胞的最大尺寸应为细胞微通道边长的1.5倍，记录它们通过测量区时电压的输出V1，V2，V3，V4，V5，这就完成了定标。由不同标准尺寸的细胞输入与其对应的电压输出，可以建立细胞尺寸与测量区输出电压值的对应关系函数，完成了细胞尺寸测量函数定标，函数曲线示意图如图4。
3)细胞尺寸测量：让被测细胞8通过测量区，根据输出的电压值V，将其带入定标得到的细胞尺寸-电压对应函数曲线就可以得出细胞尺寸的大小D。
Claims (3)
1.快速测量细胞尺寸的微芯片，其特征在于主要包括基片(1)和覆盖层(7)，基片(1)上蚀刻用于让细胞通过的微通道(3)，微通道(3)的两侧分别对称设有鞘液微通道(2、4)并与微通道(3)交汇形成测量通道(5)；每路测量通道(5)都设一个测量区，测量区由通过硅微加工固定在覆盖层(7)上的压阻式微压力传感器(6)和与之对应的测量通道(5)构成；
所述微通道(3)、鞘液微通道(2、4)和测量通道(5)截面边长或直径为2～200μm；所述压阻式微压力传感器(6)的边长为2～200μm，厚度为20μm。
2.根据权利要求1所述快速测量细胞尺寸的微芯片，其特征在于所述基板(1)和覆盖层(7)采用石英或玻璃制成。
3.根据权利要求1或2所述快速测量细胞尺寸的微芯片的测量方法，其特征在于采用所述快速测量细胞尺寸的微芯片，具体步骤包括：
1)零点定标：将微通道(3)与细胞进样泵连接，鞘液微通道(2、4)和鞘液泵连接，仅让与微通道大小一致的标准细胞通过微通道(3)，当单个标准细胞通过测量区时，压阻式微压力传感器(6)会感受到它对该区域的压力，这种压力使压阻式微压力传感器受应力作用而引起其电阻值变化，把输入与输出导线引出传感器，得到相应的电压输出值；
2)细胞尺寸测量函数定标：再让5～10个不同尺寸的大于微通道尺寸的标准细胞通过测量区，标准细胞的最大尺寸为微通道边长的1.5倍，记录它们通过测量区时电压的输出；由不同标准尺寸的细胞输入与其对应的电压输出，建立细胞尺寸与测量区输出电压值的对应关系函数，完成细胞尺寸测量函数定标；
3)细胞尺寸测量：让被测细胞(8)通过测量区，根据输出的电压值，将其带入定标得到的细胞尺寸—电压对应函数就可以得出细胞尺寸的大小。
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