CN105203468B - 一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统，包括培养基储液池和微通道，微通道只允许单个细胞排队式前行，微通道两侧安装实时检测细胞电极，实时检测细胞电极前方设有辐射点，辐射点厚度不超过5μm；实时检测细胞电极对产生差分信号，通过信号处理技术检测通道内微流体阻抗变化，以快速识别细胞通过与否，细胞识别信号接入单离子束装置的束控系统，使得细胞通过辐照点时，束控系统能控制离子及时准确地辐照至细胞。本发明首次将微流控用于单离子束辐照装置，辐照通量提高几十倍，满足了生物学实验细胞用量大的需要，为辐射生物学提供了新的高通量技术平台，有着潜在的商业应用前景。

Description

一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统

技术领域

本发明属于微流控芯片系统领域，具体涉及一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统及其使用方法。

背景技术

细胞生物实验(如遗传突变实验研究)需要数以万计的细胞样品。一方面要求实验数据具有统计学意义，排除不稳定、偶然性因素；另一方面，在每一项细胞实验中，需进行多方面检测而消耗大量细胞，此外，细胞存在凋亡失效，因此需要大量的细胞才能完成实验内容。高通量检测技术可使各个细胞样品的实验条件更趋一致，使实验数据更加真实可靠，并显著提高实验效率。

但是，由于受技术的限制，国际上现有单离子束装置的辐照通量比较低，最高不超过3000个细胞/h。实验过程中，手工操作较多，如需要传送样品盘至辐照点、辐照结束后需要取出样品盘，每次需要用显微镜进行聚焦、拍摄细胞图像，并用软件识别细胞等，大量的时间耗费在过程操作方面，软件识别细胞的速度也较慢。同时，先被辐照的细胞必须停留于样品盘，待细胞盘中所有细胞辐照完毕，才能将样品盘传送至检测台，不能对单个细胞进行在线跟踪。不但耗时耗力，而且实验数据的可靠性也受到影响，限制了单离子束装置的功能和效率。

微流控(Microfluidic)是一种功能强大的芯片集成技术，近年来其发展和应用非常迅猛。微流控芯片一般是在很小的材料基片上集成了许许多多微小通道或网络结构的功能单元。通道宽度为微米至亚微米，功能单元如流体领域的微阀和微泵、生化领域的透析和萃取、光学领域的CCD和脉冲光源，都集成在方寸之间。如今微流控芯片的集成度和集成规模越来越高，功能越来越广。一个微流控芯片可能比一座实验室的工作能力还要强大，如一块3.3mm*6mm的微流控芯片上集成了3574个微阀和1024个微反应器；一个集成384个电泳芯片的微流控在325秒内检测出384份突变株样品，每个样品的分析时间不到1秒。微流控由于具有体积小、反应快、组合灵活、省料、低耗、污染小等优点，在生物学、医学、化学、环境监测等许多领域都具有广泛的应用。基于此，将微流控技术应用于单离子束辐射系统，实现高通量辐照、在线原位检测成为一种可能，对生物学研究具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统及其使用方法，以克服现有单离子束装置辐通量低、无法在线原位检测的技术缺陷。

为实现上述技术功能，本发明提供一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统，包括培养基储液池和微通道，微通道与储液池通过U形连接，微通道只允许单个细胞排队式前行，微通道两侧安装实时检测细胞电极对，实时检测细胞电极对的前方设有辐照点，所述辐照点位置采用5微米Mylar薄膜压制而成；实时检测细胞电极对产生差分信号，通过信号处理技术检测通道内微流体阻抗变化，可以快速识别细胞通过与否，细胞识别信号接入单离子束装置的束控系统，使得细胞通过辐照点时，束控系统能控制离子及时准确地辐照至细胞。

本发明还提供一种上述用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统的使用方法，包括下列步骤：

(1)将微流控芯片系统置于单离子束辐照装置的束流辐照出口上方；

(2)驱动泵驱动细胞培养基悬浮液进入微通道前行；

(3)细胞流经实时检测电极点时被识别，控制系统计算细胞到达辐照点的时间，由此确定开通束流的时刻，使离子及时而准确辐照至细胞；

(4)被辐照后的细胞经切换阀导向细胞池或在线检测分析系统，以进行不同目标实验。

优选的，所述细胞在运动状态或静止状态进行辐照。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果为：(1)首次将微流控用于单离子束辐照装置，辐照通量提高几十倍，满足了生物学实验细胞用量大的需要，为辐射生物学提供了新的高通量技术平台；(2)细胞能够自动、连续、快速地进入单离子束辐照点，显著减少了人工操作，极大地提高了工作效率，而且每个细胞的辐照参数更加一致，实验过程更加流畅，获得的实验数据更加稳定可靠；(3)细胞被辐照后，无需下线即可联机检测和分析，获得被辐照细胞的早期信息，实现了在线检测单个细胞的技术功能；(4)无需对细胞进行染色，消除了染料对细胞的毒性作用；(5)采用本发明的单离子束装置可以对纳米液体、污水等样品进行辐照研究，扩大了单离子束的应用范围。

附图说明

图1为用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明。

如图1所示，用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统，置于束流辐照出口之上，采用玻璃作为微流控芯片基板材料，微流控芯片具有培养基储液池、微通道、实时检测细胞电极、辐照点、过滤器、细胞池等功能结构。培养基储液池前端与多通道驱动泵联接，多通道驱动泵用于驱动培养基悬浮液前进，以及向培养基中注入CO₂和O₂，以调控培养基酸碱平衡和含氧量，满足细胞成活条件。驱动系统能快速驱动微流体作稳恒运动或停止不动。微通道与储液池采用U形连接，通道大小只允许单个细胞排队式前行，实时检测细胞电极对安装在微通道两侧，其前方设有辐射点，辐射点厚度较薄，不超过5μm，以使离子能穿透该点辐照微通道内的细胞，辐照点采用5微米Mylar薄膜压制而成。细胞流经实时检测电极点时被快速识别，该识别信号接入单离子束装置的束控系统，束控系统计算细胞到达辐照点的时间，由此确定开通束流的时刻，使离子及时而准确辐照至细胞。被辐照后的细胞经切换阀导向细胞池或在线检测分析系统，以进行不同的目标实验。在线检测分析系统由荧光显微镜、CCD、光谱仪等组成，由电脑总控台进行数据分析。

细胞可以在运动状态也可以在静止状态进行辐照。当每个细胞受辐照离子数不多时，可以让细胞在运动状态下进行辐照，无须停止细胞运动。当辐照离子数目超过一定的范围，则需使细胞暂时静止后再辐照。因此，应根据实验条件来决定是运动辐照还是静止辐照。但不管是静止辐照，还是运动辐照，其辐照通量均比现有装置至少提高一个量级。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统，包括培养基储液池和微通道，其特征在于：所述微通道与所述培养基储液池通过U形连接，所述微通道只允许单个细胞排队式前行，所述微通道两侧安装实时检测细胞电极对，其前方设置辐照点，所述辐照点位置采用5um微米Mylar薄膜压制而成，所述实时检测细胞电极对通过差分信号技术检测通道内微流体阻抗变化，可以快速识别细胞通过与否，细胞识别信号接入单离子束装置的束控系统，使得细胞通过所述辐照点时，所述束控系统能控制离子及时准确地辐照至细胞。

2.一种权利要求1所述用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统的使用方法，其特征在于包括下列步骤：

（1）将微流控芯片系统置于单离子束辐照装置的束流辐照出口上方；

（2）驱动泵驱动细胞培养基悬浮液进入微通道前行；

（3）细胞流经实时检测电极点时被识别，束控系统计算细胞到达辐照点的时间，由此确定开通束流的时刻，使离子及时而准确地辐照至细胞；

（4）被辐照后的细胞经切换阀导向细胞池或在线检测分析系统，以进行不同的目标实验。

3.根据权利要求2所述的用于提高单离子束辐照通量的微流控芯片系统的使用方法，其特征在于：所述细胞可以在运动状态也可以静止状态下进行辐照。