CN101285036A - 一种自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法，其装置包括依次序连通的多个微培养单元，用于纳置培养液及待培养的细胞；在每一所述微培养单元中设置有多个微结构，用于捕捉所述培养液中的细胞。本发明装置及其方法由于采用了阵列设置的微培养单元，实现了高效自动化的细胞培养过程，其实现方式简单方便。

Description

一种自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种细胞芯片及其细胞培养方法，尤其涉及的是一种自动化细胞培养微流控芯片及其细胞培养的方法。
背景技术
现有技术中，细胞芯片是以活细胞作为研究对象的一种生物芯片技术，它是为适应后基因组时代人类对生命科学探索的要求而产生的。细胞芯片既保持了传统的细胞研究方法的优点，如原位检测等，又满足了高通量、大样本以及快速获取活细胞信息等方面的要求。它使人类可有效利用成百上千个自然或处于特定状态下的细胞株或细胞系，来研究特定基因及其所表达的蛋白质与疾病之间的相互关系，对于科研、开发、疾病诊断、药物治疗靶点的筛选、细胞定位、抗体药和新药的筛选等方面均有十分广泛的实用价值。
为了实现高通量、快速的活细胞分析，研究人员从微型化和自动化两方面入手，发展了多种不同的实验技术，从微孔板技术到微阵列技术，再到近几年发展起来的微流控技术。微流控是一种在微米尺度的流道内对纳升或皮升量级的液体进行操纵的技术，是目前快速发展的多学科高度交叉的科技前沿领域之一。
微流道尺寸(通常10～100μm)与典型的哺乳类细胞尺寸(10～20μm)处于相同量级，并且微尺度下传热、传质较快，所以在微流控系统内容易形成与生理状态相似的细胞培养微环境。微流控芯片是一种高度平行化、自动化的集成微型芯片，具有在数平方厘米的面积上集成成千上万个体积仅在纳升或皮升量级的细胞培养微单元的潜力。
越来越多的研究表明，微流控技术将成为细胞芯片研究的一个极其重要的技术平台。目前国内外的科学家们已发展了多种微流控细胞芯片。目前用于微流控细胞芯片的细胞主要是通过传统方法培养的。
传统的细胞培养需要用到多种实验器材，如培养瓶、超净无菌台、离心机等，须由经过培训的专业人员来完成。而且通常情况下，细胞培养过程中每周都要至少传代两次。因此，传统的细胞培养过程是一件费时耗力的工作，如果涉及到同时进行数十种，甚至上百种细胞培养，更是一项浩大的任务，几乎决定了通过细胞培养进行研究的进程将是非常缓慢的。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法，针对现有技术已有的上述缺陷，设置一种微流控芯片及方法实现自动化细胞培养。
本发明的技术方案包括：
一种自动化细胞培养微流控芯片装置，其中，包括依次序连通的多个微培养单元，用于纳置培养液及待培养的细胞；在每一所述微培养单元中设置有多个微结构，用于捕捉所述培养液中的细胞。
所述的装置，其中，所述微培养单元之间还设置有一微阀，用于开关控制所述微培养单元以进行悬浮培养细胞。
所述的装置，其中，所述微培养单元还横向分布设置有多列，用于培养多种细胞。
所述的装置，其中，每一所述微培养单元中设置有八个微结构。
所述的装置，其中，每一所述微培养单元中设置有三个微结构。
一种自动化细胞培养的方法，其包括以下步骤：
A、把细胞悬浮在培养液中，注入到已构建有微结构的细胞培养微单元中，以使细胞被微结构捕获；
B、进行细胞培养；
C、待细胞培养达到合适的密度后，从所述微培养单元移出大多数细胞，作为细胞来源用于细胞生物学实验；
D、进入下一步的培养，即循环到步骤B。
所述的方法，其中，所述步骤C还包括：C1、输入胰酶消化细胞；C2、输入培养液。
所述的方法，其中，在所述步骤B中还包括：关闭微培养单元之间的一微阀以进行悬浮细胞培养。
本发明所提供的一种自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法，由于采用了阵列设置的微培养单元，实现了高效自动化的细胞培养过程，其实现方式简单方便。
附图说明
图1为本发明自动化细胞培养微流控芯片装置中适于贴壁依赖性细胞的结构示意图；
图2为本发明自动化细胞培养微流控芯片装置中适于悬浮培养细胞的结构示意图；
图3为本发明自动化细胞培养微流控方法中的流程示意图；
图4为本发明自动化细胞培养微流控芯片装置的微筛结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行更为详细的说明。
本发明自动化细胞培养微流控芯片装置及其方法中，设计实现了一种自动化细胞培养微流控芯片装置，该微流控芯片装置由呈阵列分布的微培养单元110构成，如图1和图2所示的，每个微培养单元110中含有数个可用于捕获细胞的微结构111，根据待培养的细胞种类不同，微流控芯片结构可分为两种。
如图1所示结构是适合于贴壁依赖性细胞的培养所用微流控芯片装置，呈横向或纵向排列有多行或列微培养单元110，每一行或列的微培养单元110依次连通，并在每一个微培养单元110中设置有多个微结构111，用于捕捉待培养的细胞。
如图2所示的结构是适合于悬浮培养细胞的培养所用微流控芯片装置，其与图1所示的微培养单元阵列方式可以相同，并在同列或行的微培养单元110之间设置有一微阀112，用于控制细胞在微培养单元110中悬浮培养。在每一微培养单元110中也设置有多个微结构111，用于捕捉培养的细胞。
本发明方法的所述贴壁依赖性细胞在微流控细胞培养芯片中的培养过程，如图3所示，其包括步骤：
步骤S1、把细胞悬浮在培养液中，再注入到已构建有微结构的细胞培养微单元中，细胞将会被微结构捕获；
步骤S2、进行细胞培养，细胞贴壁生长；
步骤S3、待细胞培养达到合适的密度后，输入胰酶消化细胞，再输入培养液，大多数细胞将会被转移出微培养单元，作为细胞来源用于细胞生物学实验；
步骤S4、在输入培养液转移细胞的同时，少数细胞会被微结构自动重新捕获，进入下一步的培养，即循环到步骤S2。
循环上述细胞培养过程，可以实现自动化细胞培养，且不管周期多少次，所需人工极大减少。
本发明方法中的悬浮培养细胞在微流控细胞培养芯片中的培养过程，同样参照图3所示，其包括步骤：
步骤S1’、把细胞悬浮在培养液中，再注入到已构建有微结构的细胞培养微单元中，细胞将会被微结构捕获；
步骤S2’、关闭微阀112后进行在微培养单元中的细胞培养；
步骤S3’、细胞培养达到合适的浓度后，打开微阀，输入培养液，多数细胞将会被转移出微培养单元，作为细胞来源用于细胞生物学实验；
步骤S4’、在输入培养液转移细胞的同时，少数细胞会被微结构自动重新捕获，进入下一步的培养，循环至步骤S2’执行。对所述微阀112的控制可以通过电路自动控制实现。
循环上述培养过程，可以实现自动化的细胞培养。
本发明微流控细胞培养芯片装置采用的是一种高扩展性的芯片结构，可以在横向和纵向上进行扩展，在横向上扩展可以实现同时进行多种细胞培养，在纵向上扩展可以增加单种细胞的培养数量，因此，这样可以大大减少细胞培养所需要的工具、空间和时间，可以同时进行多种细胞自动化培养，可极大提高细胞培养的效率。
以下举更具体实施例做说明：
实施例1.用于贴壁依赖性细胞自动化培养的微流控细胞培养芯片
芯片材料为塑料，含有24×24微培养单元阵列，每个微培养单元内含有8个微筛即所述微结构，用于捕获细胞。芯片结构和微筛结构可参照图1所示。使用该微流控细胞培养芯片可以同时进行24种贴壁依赖性细胞的自动化培养(24列)，并可以对每一种细胞做24个微培养单元的培养。
实施例2.用于悬浮培养细胞自动化培养的微流控细胞培养芯片
芯片材料为硅胶，含有96×96微培养单元阵列，每个微培养单元内含有3个半圆形微筛，用于捕获细胞。芯片部分结构和微筛结构如图4所示，使用该微流控细胞培养芯片可以同时进行96种悬浮培养细胞的自动化培养，每一种细胞可以用96个微培养单元进行培养。
综上所述，本发明装置和方法方便了对多种细胞的多数量自动化培养，提高了细胞培养的效率，并且减少了培养的时间和空间，为一种非常优异的细胞生物化学研究工具和方法。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的描述较为具体，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1、一种自动化细胞培养微流控芯片装置，其特征在于，包括依次序连通的多个微培养单元，用于纳置培养液及待培养的细胞；在每一所述微培养单元中设置有多个微结构，用于捕捉所述培养液中的细胞。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微培养单元之间还设置有一微阀，用于开关控制所述微培养单元以进行悬浮培养细胞。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述微培养单元还横向分布设置有多列，用于培养多种细胞。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每一所述微培养单元中设置有八个微结构。
5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每一所述微培养单元中设置有三个微结构。
6、一种自动化细胞培养的方法，其包括以下步骤：
A、把细胞悬浮在培养液中，注入到已构建有微结构的细胞培养微单元中，以使细胞被微结构捕获；
B、进行细胞培养；
C、待细胞培养达到合适的密度后，从所述微培养单元移出大多数细胞，作为细胞来源用于细胞生物学实验；
D、进入下一步的培养，即循环到步骤B。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括：C1、输入胰酶消化细胞；C2、输入培养液。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中还包括：关闭微培养单元之间的一微阀以进行悬浮细胞培养。
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