CN104928177A - 一种多级细胞筛选培养芯片及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级细胞筛选培养芯片及使用方法，主要由芯片和分选层级系统单元组成，芯片有N=2-10个分选层级系统单元；分选层级系统单元能够有4-10个分选层级；分选单元之间的连接方式，有两种。使用方法，有统一加样方法和分样加样法。本发明技术特点是专业性强，制作较为方便，适合分选的细胞体型差异大，细胞群体。与现有的微流控芯片相比，本发明有益效果是制作灵活方便，使用成本低廉，节约实验成本，提高了实验效率。

Description

一种多级细胞筛选培养芯片及使用方法

技术领域

本发明涉及一种新型细胞筛选和培养用芯片，从使用上讲，是生物医学工程方面细胞筛选与培养实验用的一种多级细胞筛选培养芯片及使用方法。

技术背景

在生物医学工程实验研究中，对于血液细胞等多种细胞的分离和相同环境下增殖培养的比较研究实验；以及对于同种细胞在不同环境刺激下的比较研究实验等，特别是对于干细胞细胞的分化研究，需要进行多因素同时细胞培养对比试验，均需要一种，能够保证实验的同一性、可以同时满足细胞的分离、培养、条件对比的细胞培养器皿。近年来，微流控芯片已经在细胞生物学研究中大量而广泛地应用了，包括细胞的培养、分选、裂解、凋亡、计数、迁移、单细胞捕获和细胞间相互作用等。因此，针对细胞筛选和培养对比实验，引入微流控芯片技术能够避免目前生物细胞实验中使用常规细胞培养皿或多孔板，由于人工操作误差造成的影响，它在保证实验的一致性和同一性方面具有巨大的优势。

因此，借鉴微流控芯片技术，在科学实验研究中的需要开发一种细胞筛选、培养观察、实验对比用的细胞筛选培养芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供制备便捷的、筛选细胞并培养观察其增殖和形态等，用于科学实验研究用的一种细胞筛选培养微流控芯片。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种多级细胞筛选培养芯片及使用方法。多级细胞筛选培养芯片特征在于：在方形或圆形的芯片上加工有一个总进口，总进口连通着2- 6个单元分管，每一个单元分管再连接一个单元进样口，每一个单元进样口通过单元进样管连接一个分选层级系统单元。分选层级系统单元有4个分选层级，每层都有4个圆盘形的分选和培养细胞的分选单位。这样设计，便于模块化复制加工。

所述分选层级系统单元的第一层分选单元的4个分选单位，通过第一层分配支管接通单元进样管，第一层分配支管有分出的四个支管连接第一层分选单元的4个分选单位；第一层分选单元的4个分选单位的出口管两两成对，汇流到2根第一层汇流管，2根第一层汇流管再汇成一个出口到第二层分配支管；第二层分配支管分出四个支管连接第二层分选单元的4个分选单位，第二层分选单元的4个分选单位的出口管两两成对，汇流到2根第二层汇流管。这样连接设计，保证了第一层分选单元和第二层分选单元是四个分选单位的单独分选，然后再汇流到一起。

所述第二层的2根第二层汇流管各自独立地分出支管与第三层分选单元的2个分选单位连接，形成第三层分选单元的4个分选单位两两成对。第三层分选单元两两成对的分选单位的出口管汇流到2根第三层汇流管，每根第三层汇流管，同样各自独立地分出支管与第四层分选单元的2个分选单位连接，形成第四层分选单元的4个分选单位两两成对。第四层分选单元两两成对的分选单位出口管汇流到2根排样管，排样管一端加工有出口。这样设计连接，使第三层分选单元和第四层分选单元是四个分选单位两两成对分选，并一直保持两两成对分选，不再汇流到一起。

上述技术方案中，所述分选单位（18）统一加工有尺寸一致、相互盘绕成?8mm或?10mm圆形的，两个U字形的培养细胞用的培养池，相对应的，在两个培养池之间加工有100×100μm相互盘成圆盘形的、由一条通道组成的、呈U字形的筛选通道；每个分选单位的圆盘形的培养池，在各自培养池的圆盘中心和靠圆盘外边处，都加工有培养池进出孔，每个筛选通道的两侧，加工有双侧宽度尺寸一致的筛选细胞的筛选孔，筛选孔与两个培养池连通。设计保证了分选单位的细胞筛选和细胞培养功能。筛选孔尺寸在5μm- 90μm之间，每一层级分选单元的4个分选单位的筛选孔尺寸相等。分选层级系统单元的各个层级的筛选孔尺寸的规格分布有两种形式：一种是全部相同一致的；另一种是从层级小到大，各个层级的筛选孔尺寸相等和不相等相互交替，并且筛选孔尺寸是由小变大的。筛选孔的尺寸大小的设计和连接方法，即能够保证筛选效果，又能够形成多个筛选规格的芯片。

上述技术方案中，所述芯片能够有N= 2 - 10个分选层级系统单元，这样，可根据科学实验研究的需要，生产多种规格的芯片。所述分选层级系统单元能够有4 - 10个分选层级。分选方式有2种，第一种例如：第一层分选单元和第二层分选单元是四个分选单位单独分选再汇流到一起，即独立分选方式；第二种例如：第三层分选单元和第四层分选单元是四个分选单位两两成对的分选，并一直保持两两成对分选，不再汇流到一起，即两两成对分选方式。这两种分选方式的连接，在4个以上的分选层级的分选层级系统单元上，能够按照需要增加这两种分选方式连接的层级数量，但顺序不能颠倒。这样设计要求，是为了保证了最终筛选的单一性。

所述一种多级细胞筛选培养芯片的使用方法，参见具体实施例一至实施例三。

本发明技术特点是专业性强，制作较为方便，适合分选的细胞体型差异大，细胞群体。与现有的微流控芯片相比，本发明有下列有益效果：（1）制作灵活方便。（2）使用成本低廉，节约实验成本。（3）专业性更强，一片可同时进行多个不同的条件对比实验，提高了实验效率。

附图说明

图1为本发明的有两个分选层级系统单元的芯片俯视示意图。

图2为本发明的一个四层级的分选层级系统单元的示意图。

图中：1.芯片；2.出口；3.第四层分选单元；4.第三层分选单元；5.第二层分选单元；6.第一层分选单元；7.分选层级系统单元；8.单元进样口；9.总进口；10.单元分管；11.第二层分配支管；12.第一层分配支管；13.单元进样管；14.第一层汇流管；15.第二层汇流管；16. 第三层汇流管；17.排样管，18.分选单位。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

实施例一

参照图1至图2的形状结构，芯片1有2个分选层级系统单元7，分选层级系统单元7有4个分选层级。?8mm分选单位18，100×100μm筛选通道。第一层分选单元6和第二层分选单元5分选单位18的筛选孔尺寸为10μm，分选方式是独立分选；第三层分选单元4和第四层分选单元3分选单位18的筛选孔尺寸为10μm，分选方式是两两成对分选。

使用时，按一定流速，将含有一定浓度的活细胞的液体样本，从总进口9输入到单元分管10中，样品流经单元进样口8、单元进样管13、各层分配支管和各层汇流管、排样管17、最后从出口2流出。用废液瓶收集，一直到样品筛选完。在各个分选单位18的培养池内，培养和进行活细胞的对比实验。

待细胞贴壁后，通过培养池进出口，将培养基溶液通入培养池内，进行换液。然后将芯片置于细胞培养箱中，保持5%的二氧化碳气体含量，37℃恒温。

加试剂操作。通过培养池进出口加入实验所需的钙离子试剂，并利用培养池进出口，多次吸打溶液，混合均匀所加的试剂。最后将芯片置于细胞培养箱中，并一直保持5%的二氧化碳气体含量，37℃恒温。

实施例二

参照图1至图2的形状结构，芯片1有4个分选层级系统单元7，分选层级系统单元7有6个分选层级。?10mm分选单位18，100×100μm筛选通道。第一层分选单元6和第二层分选单元5分选单位18的筛选孔尺寸为40μm，分选方式是独立分选；第三层分选单元4和第四层分选单元3分选单位18的筛选孔尺寸为60μm，分选方式是独立分选；第五层分选单元和第六层分选单元分选单位18的筛选孔尺寸为80μm，分选方式是两两成对分选。

使用时，将总进口9堵住。按一定流速，将4个含有一定浓度的活细胞的液体样本，分别各自一一对应从4个单元进样口8，输入到单元进样管13中，样品流经各层分配支管和各层汇流管、排样管17、最后从出口2流出。用废液瓶收集，一直到样品筛选完。在各个分选单位18的培养池内，培养和进行活细胞的对比实验研究。

不同规格细胞筛选培养贴壁后，参照实施例一的操作，在在各个分选单位18的培养池内，进行细胞培养；加入不同浓度的刺激药物，进行增殖和抑制实验。

实施例三

参照图1至图2的形状结构，芯片1有10个分选层级系统单元7，分选层级系统单元7有10个分选层级。?10mm分选单位18，100×100μm筛选通道。第一层分选单元6和第二层分选单元5分选单位18的筛选孔尺寸为5μm，分选方式是独立分选；第三层分选单元4和第四层分选单元3分选单位18的筛选孔尺寸为10μm，分选方式是独立分选；第五层分选单元和第六层分选单元分选单位18的筛选孔尺寸为20μm，分选方式是独立分选；第七层分选单元和第八层分选单元分选单位18的筛选孔尺寸为30μm，分选方式是两两成对分选；第九层分选单元和第十层分选单元分选单位18的筛选孔尺寸为40μm，分选方式是两两成对分选。

使用时，将总进口9堵住。按一定流速，将10个含有一定浓度的活细胞的液体样本，分别各自一一对应10个单元进样口8，输入到单元进样管13中，样品流经各层分配支管和各层汇流管、排样管17、最后从出口2流出。用废液瓶收集，一直到样品筛选完。在各个分选单位18的培养池内，培养和进行活细胞的对比实验。

不同规格细胞筛选培养贴壁后，参照实施例一的操作，在在各个分选单位18的培养池内，进行细胞培养；加入不同浓度的刺激药物，进行增殖和抑制实验。

说明：本发明能够组合使用。即用一个筛选规格的芯片1进行细胞筛选后，再通过每个分选单位18的各培养池的进出口，将细胞吸入到第二个不同筛选规格的芯片1，再进行细胞筛选，进一步达到筛选结果的同一性和单一性。

Claims (4)

1.一种多级细胞筛选培养芯片，其主要由芯片（1）和分选层级系统单元（7）组成，其特征在于：在方形或圆形的芯片（1）上加工有一个总进口（9），总进口（9）连通着2个单元分管（10），每一个单元分管（10）再连接一个单元进样口（8），每一个单元进样口（8）通过单元进样管（13）连接一个分选层级系统单元（7），分选层级系统单元（7）有4个分选层级，每层都有4个圆盘形的分选和培养细胞的分选单位（18）；分选层级系统单元（7）的第一层分选单元（6）的4个分选单位（18），通过第一层分配支管（12）接通单元进样管（13），第一层分配支管（12）有分出的四个支管连接第一层分选单元（6）的4个分选单位（18）；第一层分选单元（6）的4个分选单位（18）的出口管两两成对，汇流到2根第一层汇流管（14），2根第一层汇流管（14）再汇成一个出口到第二层分配支管（11）；第二层分配支管（11）分出四个支管连接第二层分选单元（5）的4个分选单位（18），第二层分选单元（5）的4个分选单位（18）的出口管两两成对，汇流到2根第二层汇流管（15）；每根第二层汇流管（15）各自独立地分出支管，与第三层分选单元（4）的2个分选单位（18）连接，形成第三层分选单元（4）的4个分选单位（18）两两成对；第三层分选单元（4）两两成对的分选单位（18）出口管汇流到2根第三层汇流管（16），每根第三层汇流管（16）同样各自独立地分出支管，与第四层分选单元（3）的2个分选单位（18）连接，形成第四层分选单元（3）的4个分选单位（18）两两成对；第四层分选单元（3）两两成对的分选单位（18）出口管汇流到2根排样管（17），排样管（17）一端加工有出口（2）。

2.根据权利要求1所述的一种多级细胞筛选培养芯片，其特征在于：所述分选单位（18）统一加工有尺寸一致、相互盘绕成?8mm或?10mm圆形的，两个U字形的培养细胞用的培养池，相对应的，在两个培养池之间，加工有100×100μm相互盘绕成圆盘形的、由一条通道组成的、呈U字形的筛选通道；每个分选单位（18）的圆盘形的培养池，在各自培养池的圆盘中心和靠圆盘外边处，都加工有培养池进出孔；每个筛选通道的两侧，加工有双侧宽度尺寸一致的筛选细胞的筛选孔，筛选孔与两个培养池连通；筛选孔尺寸在5μm- 90μm之间，每一层级分选单元的4个分选单位（18）的筛选孔尺寸相等；分选层级系统单元（7）的各个层级的筛选孔尺寸一致相同，或从层级小到大，各个层级的筛选孔尺寸相等和不相等相互交替，且筛选孔尺寸由小变大。

3.根据权利要求1所述的一种多级细胞筛选培养芯片，其特征在于：所述芯片（1）能够有N= 2-10个分选层级系统单元（7）；所述分选层级系统单元（7）能够有4-10个分选层级；所述第一层分选单元（6）和第二层分选单元（5）之间的连接方式，以及第三层分选单元（4）和第四层分选单元（3）之间的连接方式，在4个以上的分选层级的分选层级系统单元（7）上，能够按照需要增加这两种分选连接方式的层级数量，但顺序不能颠倒。

4.使用权利要求1-3所述的一种多级细胞筛选培养芯片的方法，其特征在于，使用方法如下：

第一步进样，按一定流速，将含有一定浓度的活细胞的液体样本，从总进口（9）输入到单元分管（10）中，样品流经单元进样口（8）、单元进样管（13）、各层分配支管和各层汇流管、排样管（17）、最后从出口（2）流出；或者，将总进口（9）堵住，按一定流速，将N个含有一定浓度的活细胞的液体样本，分别与N个单元进样口（8）对应，输入到单元进样管（13）中，样品流经各层分配支管和各层汇流管、排样管（17）、最后从出口（2）流出；

第二步待细胞贴壁后，通过培养池进出口，将培养基溶液通入培养池内，进行换液；然后将芯片置于细胞培养箱中，保持5%的二氧化碳气体含量，37℃恒温；

第三步加试剂操作，通过培养池进出口加入实验所需的试剂，并利用培养池进出口，多次吸打溶液，混合所加试剂；最后将芯片置于细胞培养箱中，保持5%的二氧化碳气体含量，37℃恒温。