CN102943027A - 一种正压型高通量单细胞图形化装置 - Google Patents

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本发明公开了属于生物医学工程技术领域的一种正压型高通量单细胞图形化装置。此装置由基底、图形化基片、密封性基片及图形化细胞悬浮液容器组成，图像化基片和细胞悬浮液压系统相对独立，能够同时将细胞悬浮液图形化多个基底，根据基底通孔阵列的尺寸不同，可以图形化不同种类的细胞，避免现有图形化装置只能一次性使用的缺陷；本装置采用细胞悬浮液自身的液压提供动力，在很大程度上简化了细胞图形化装置，更为重要的是，避免人工施压对细胞产生的损伤；能实现精确细胞个数的图形化，能保证每个孔中都图形化有细胞；可以实现细胞图形化自动化，无需人工操作；一次能够图形化上万个细胞，实现了高通量单细胞图形化。

Description

一种正压型高通量单细胞图形化装置
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种正压型高通量单细胞图形化装置。
背景技术
细胞是生命活动的基本单位，已知除病毒之外的所有生物均由细胞组成，就算是病毒，其生命活动也必须在细胞中才能体现。 而细胞研究需要高纯度高效率地分选出某一亚群细胞， 并对此亚群细胞进行多参数的定量分析。因此，单细胞图形化技术随之而产生。
在细胞水平的科学研究中，单细胞图形化技术有常规细胞实验所不能及的独特优点。
利用单细胞图形化技术进行细胞研究可为细胞研究提供更多手段，可以从更深层次阐明生存环境改变时细胞反应的机理，而现在常规的体外细胞实验，研究的对象是上万个细胞，检测外界条件改变时它们的平均响应值，这样往往会掩盖某些细胞的一些微弱但作用重要的反应；此外，利用空间结构阻隔、修饰特定表面区域等细胞图形化技术能够有效地将细胞群或单个细胞彼此分离，同时结合微针、原子力显微术、光镊、磁镊等技术能够有效地操纵少量或单个细胞，结合高精度的显微成像技术和高灵敏的传感技术，能够从细胞活性及形态、亚细胞结构、蛋白质含量及活性变化、核酸含量及形态、细胞代谢产物变化等方面对单细胞进行分析，甚至能够实时记录某个特定反应的整个过程，由此逐步揭开细胞这个具有全功能性的生命个体的奥秘。
并且细胞图形化技术作为新型细胞操纵技术，在细胞研究中发挥重要作用，已在基础生物学、组织工程以及基于细胞的生物传感器等方面的应用，但目前高通量细胞自动图形化装置很少。根据调研资料来看，目前主要高通量的细胞图形化方法还没有摆脱手工操作的限制；有些图形化方法，采用了前沿的技术如光镊，但不仅限于少量的细胞操纵，不能实现高通量；国际上较为先进的流式细胞分选技术被少数几个国外公司垄断，能实现高通量分选，但分选后细胞的活力会受到很大的影响。
2006年加州大学伯克利分校的Dino Di Carlo, Liz Y. Wu等人用PDMS制作了一套微流体系统来对细胞进行拦截，从而形成单细胞阵列；由于这类方法将细胞限制在基板上而易造成细胞的变形和凋亡，不适合用于诊断和细胞动态分析。
2003年M. Fre′ne′a等人利用负介电泳原理设计了一套微电极阵列，实现了单细胞定位。这些方法对细胞的危害较小，且方便进行疾病诊断、药物筛选以及细胞动态分析等操作，但只实现了细胞定位，没有实现单细胞图形化。
同时，现在也有利用微线圈阵列形成的图形化装置，但其基于的MEMS制作工艺相对复杂。并且也有制作工艺相对简单的基于磁场过滤而形成高磁场梯度的单细胞图形化装置，但现有的细胞图形化装置都在一定程度上对细胞进行修饰，对细胞的生理有一定影响。
因此一种高通量单细胞自动图形化装置具有重要意义，这种装置结构简单，且能实现高通量单细胞自动图形化，没有生物、化学的修饰环节，对细胞的生理特性影响很小。
发明内容
本发明的目的在于减小现有技术难度，降低对细胞的伤害，提供一种正压型高通量单细胞图形化装置。
一种高通量正压型单细胞图形化装置，此装置由基底1、图形化基片2、密封性基片3及图形化细胞悬浮液容器4组成，其中基底1中间为微沟道7，侧壁侧面具有平行轨道5，侧壁上具有固定结构6；图形化基片2由图形化基片主体部分9及其外围边框8组成，图形化基片主体部分9上具有第一通孔阵列10；图形化细胞悬浮液容器4外围有容器周围四壁13围成，顶端开口，其容器底面15具有第二通孔阵列16，容器周围四壁13的底部有支撑固定结构14；密封性基片3和图形化基片2具有相同尺寸。
使用时，图形化基片2和密封性基片3放于基底1的平行轨道5上，图形化细胞悬浮液容器4的支撑固定结构14和基底1的固定结构6配合使其固定在基底1上并位于图形化基片2的正上方，两者的通孔阵列圆心一一对应，细胞通过容器底面15的第二通孔阵列16中进入到图形化基片2上的第一通孔阵列10中实现细胞图形化；图形化完成后，随图形化基片2移出容器底面15，密封性基片3进入容器底面15，代替图形化基片2遮住容器底面15的第二通孔阵列16。
所述图形化基片主体部分9的厚度为20-40um，其上第一通孔阵列10的通孔为台阶形或圆锥形；通孔大端11直径为10-15μm，通孔小端13直径为5-8μm；阵列通孔数量根据所需单次图形化细胞数量不同而变化。
所述容器底部15的第二通孔阵列16的通孔直径为30-40μm。
一个图形化细胞悬浮液容器可对应多个图形化基片和密封性基片。
所述基底、图形化基片、密封性基片及图形化细胞悬浮液容器的材料为玻璃或其它硅基材料。
本发明的有益效果为：图像化基片和细胞悬浮液压系统相对独立，能够同时将细胞悬浮液图形化多个基底，根据基底通孔阵列的尺寸不同，可以图形化不同种类的细胞，避免现有图形化装置只能一次性使用的缺陷；本装置采用细胞悬浮液自身的液压提供动力，在很大程度上简化了细胞图形化装置，更为重要的是，避免人工施压对细胞产生的损伤；能实现精确细胞个数的图形化，能保证每个孔中都图形化有细胞；可以实现细胞图形化自动化，无需人工操作；一次能够图形化上万个细胞，实现了高通量单细胞图形化。
附图说明
图1为正压型高通量单细胞自动图形化装置的整体结构图；
图2为正压型高通量单细胞自动图形化装置基底的结构图；
图3为正压型高通量单细胞自动图形化装置图形化基片的结构图；
图4为正压型高通量单细胞自动图形化装置密封性基片的结构图；
图5为正压型高通量单细胞自动图形化装置图形化细胞悬浮液容器的结构图；
其中各标号为：1-基底，2-图像化基片，3-密封性基片，4-图形化细胞悬浮液容器，5-平行轨道，6-固定结构，7-微沟道，8-边框，9-图形化基片主体部分，10-第一通孔阵列，11-微孔大端，12-微孔小端，13-容器周围四壁，14-支撑固定结构，15-容器底面，16-第二通孔阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明。
如图1-5所示，本发明提出的高通量正压型单细胞图形化装置，由基底1、图形化基片2、密封性基片3及图形化细胞悬浮液容器4组成，其中基底1中间为微沟道7，侧壁侧面具有平行轨道5，侧壁上具有固定结构6；图形化基片2由图形化基片主体部分9及其外围边框8组成，图形化基片主体部分9上具有第一通孔阵列10；图形化细胞悬浮液容器4外围有容器周围四壁13围成，顶端开口，其容器底面15具有第二通孔阵列16，容器周围四壁13的底部有支撑固定结构14；密封性基片3和图形化基片2具有相同尺寸。
图形化基片2的通孔阵列10的通孔为台阶形；台阶形微通孔阵列单个孔间距100μm，通孔大端11直径为10-15μm，通孔小端13直径为5-8μm；阵列通孔数量为100X100。台阶孔大端孔底部到图形化基片主体部分表面的距离为10-15μm，即台阶通孔大端孔深10-15μm，用以容纳单个细胞。容器底部15的通孔阵列17的通孔直径为30-40μm，容器底部15上的阵列通孔16数量为100X100。
使用时，图形化基片2和密封性基片3放于基底1的平行轨道5上，两者连接或分开，图形化细胞悬浮液容器4的支撑固定结构14和基底1的固定结构6配合使其固定在基底1上并位于图形化基片2的正上方，两者的通孔阵列圆心一一对应。利用图形化细胞悬浮液容器4中细胞悬浮液的正压，细胞通过容器底面15的第二通孔阵列16的通孔中进入到图形化基片2上的第一通孔阵列10的通孔中，第一通孔阵列10的通孔大端只能容纳单个细胞，小端又不足以让细胞通过，所以单个细胞可将一个台阶形或圆锥形通孔堵塞，因此，能够实现单细胞图形化实现细胞图形化；图形化完成后，随图形化基片2移出容器底面15，密封性基片3进入容器底面15，代替图形化基片2遮住容器底面15的第二通孔阵列16。防止图形化基片2移走后细胞悬浮液流出，造成资源浪费。当第一通孔阵列10的通孔中没有细胞时，就会有细胞悬浮液流过，所以最后通孔中都有细胞进入，能够实现精确数量的图形化，从台阶形或圆锥形通孔流出的细胞悬浮液汇集到微沟道7，可以进行回收或其它处理。

Claims (6)

1.一种高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，此装置由基底（1）、图形化基片（2）、密封性基片（3）及图形化细胞悬浮液容器（4）组成，其中基底（1）中间为微沟道（7），侧壁侧面具有平行轨道（5），侧壁上具有固定结构（6）；图形化基片（2）由图形化基片主体部分（9）及其外围边框（8）组成，图形化基片主体部分（9）上具有第一通孔阵列（10）；图形化细胞悬浮液容器（4）外围有容器周围四壁（13）围成，顶端开口，其容器底面（15）具有第二通孔阵列（16），容器周围四壁（13）的底部有支撑固定结构（14）；密封性基片（3）和图形化基片（2）具有相同尺寸。
2.根据权利要求1所述的高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，使用时，图形化基片（2）和密封性基片（3）放于基底（1）的平行轨道（5）上，图形化细胞悬浮液容器（4）的支撑固定结构（14）和基底（1）的固定结构（6）配合使其固定在基底（1）上并位于图形化基片（2）的正上方，两者的通孔阵列圆心一一对应，细胞通过容器底面（15）的第二通孔阵列（16）中进入到图形化基片（2）上的第一通孔阵列（10）中实现细胞图形化；图形化完成后，随图形化基片（2）移出容器底面（15），密封性基片（3）进入容器底面（15），代替图形化基片（2）遮住容器底面（15）的第二通孔阵列（16）。
3.根据权利要求1所述的高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，所述图形化基片主体部分（9）的厚度为20-40μm，其上第一通孔阵列（10）的通孔为台阶形或圆锥形；通孔大端（11）直径为10-15μm，通孔小端（13）直径为5-8μm；阵列通孔数量根据所需单次图形化细胞数量不同而变化。
4.根据权利要求1所述的高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，所述容器底部（15）的第二通孔阵列（16）的通孔直径为30-40μm。
5.根据权利要求1所述的高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，一个图形化细胞悬浮液容器可对应多个图形化基片和密封性基片。
6.根据权利要求1所述的高通量正压型单细胞图形化装置，其特征在于，所述基底、图形化基片、密封性基片及图形化细胞悬浮液容器的材料为玻璃或其它硅基材料。
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