CN106544272B - 一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法 - Google Patents

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Abstract

发明了一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法，操作步骤包括第一步，根据细胞剪切力实验选用的芯片规格。第二步，将选好的芯片的全部部件尺寸输入计算机内，制出流体流动网络。第三步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组培养实验细胞。第四步，根据细胞定位，和流体网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究流体剪切力对细胞的影响。本发明芯片具有下列有益效果，比普通芯片设置了不同剪切力的培养系统，在干细胞培养过程中施加不同的剪切力，达到即时、有效、微量观测。能够在检测的时间段内进行实时监测，控制营养物质的输入速率，保证检测的可靠性，使得结果更能反应真实的干细胞生长环境，掌握剪切力对干细胞分化的影响。

Description

一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法
技术领域
本发明涉及一种新型细胞培养的生物芯片的使用方法，从使用上讲，是一种运用在细胞培养实验中的用于剪切力实验的细胞培养生物芯片的使用方法。
技术背景
生物芯片是近20年在生物医学工程领域中迅速发展起来的一项高新技术。生物芯片用途广泛，在生命科学研究及实践、医学科研及临床、药物设计、环境保护、农业、军事等各个领域。因为其高通量，微型化和自动化的特点，符合快速、高效、低成本的工业化运作原则，在疾病诊断、药物筛选、细胞培养等领域，具有非常强大的运用前景。这些无疑将会产生巨大的社会和经济效益。然而，传统的生物芯片技术存在着许多难以解决的问题，主要表现在传统生物芯片采用的是离体的基因与蛋白分子，经历从细胞内环境提取、分离、提纯、表面粘附、分子结合等等一系列处理之后，处理后的细胞发生变化，并不能起到及时观察，分析的作用。所以，要改变这种状况，必须从根本上彻底改变生物芯片的设计思路，设计一种能形成实时观察对比的芯片。
在对细胞的分化和增殖研究中，细胞力学实验经常用到，模拟体内流体，细胞探究对不同剪切力的影响是其中的一项，但目前缺乏用于用于剪切力实验的细胞培养生物芯片，已达到能够获取模拟流体力学条件下的细胞对剪切力的实时反映状况。
因此，需要发明提供一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片及其使用方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的技术内容是一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法，使用的生物芯片是在芯片长方形的一端，加工有2排共4个注射孔，注射孔两两为一对，每对2个注射孔各自分别连接一条共2条V通道，2条V通道沿长方形芯片的两条长边，呈“Y”型汇流到左右对称的2条连接通道；2条连接通道拐弯后平行于芯片的长边，伸向芯片的另一端；左右2条连接通道在芯片的中部，分别连接有1个矩形培养区和1个锥形培养区，两个培养区对称分布在芯片中部的两侧；2个培养区另一端，各连接有连接通道，2条连接通道最后汇流到在芯片另一端中部的1个矩形废液池，矩形废液池通过排出通道与排出口连接。所述芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状有直角型和圆角型2种规格。即使用的芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状有保持矩形和锥形直角的直角型号，和矩形和锥形的直角都用圆角圆弧倒角的圆角型号，这2种规格，圆角R≥2mm；芯片的锥形培养区的锥尖有朝矩形废液池一端的和锥尖朝注射孔一端的2种规格。圆角用以保证消除直角的对流体的影响。芯片的锥形培养区的锥尖有朝矩形废液池一端的和锥尖朝注射孔一端的2种规格。这样设计便于数据的实验对比和验证。其特征在于，使用操作步骤如下。
第一步，根据细胞剪切力实验选用的芯片规格。
第二步，将选好的芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的矩形培养区和锥形培养区的流体流动线。
第三步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组培养实验细胞；细胞贴壁后输入实验要求的流体，检测细胞信号，收集数据。
第四步，根据细胞定位，和流体线的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究流体剪切力对细胞的影响。
优选的，所述矩形培养区和锥形培养区内部宽度不同，能在相同的培养液流速下，由于矩形培养区和锥形培养区的宽窄不同，造成矩形培养区和锥形培养区内部的剪切力不同。细胞在矩形培养区和锥形培养区中进行培养，对比分析出在不同剪切力的作用下干细胞的分化情况，并能够依据实验要求根据流体力学公式计算，调整研究不同的宽度下的剪应力，研究相同或者不相同流速下产生的剪应力变化对细胞的影响。但是矩形培养区和锥形培养区的底面高度，在进口处和出口处的高度尺寸都相同，即底面有坡度时，矩形培养区和锥形培养区的两个底面的坡度都一致。这样便于保证实验数据的对比。
优选的，所述芯片的制作材质都是透明材质，这样保证芯片能够在显微镜或CCD下检测。所述芯片在矩形培养区和锥形培养区的区域上都加工有网格刻线，以便于细胞定位和流体模拟时对细胞剪切力的定位。
本发明芯片的优点：在良好的细胞培养环境下，通过在芯片上的实验操作，能够起到同时定量定向的实验观测对比，从而使研究剪切力对细胞的影响实验更加方便，减少了即时观测的实验时间和误差。与现有的设计相比，本发明芯片具有下列有益效果：比普通芯片设置了不同剪切力的培养系统，在干细胞培养过程中施加不同的剪切力，达到即时、有效、微量观测。能够在检测的时间段内进行实时监测，控制营养物质的输入速率，保证检测的可靠性，使得结果更能反应真实的干细胞生长环境，掌握剪切力对干细胞分化的影响，为后续工作做准备。
附图说明
图1为本发明的一种直角规格的俯视示意图。
图2为本发明的一种直角规格的俯视示意图。
图3为本发明的一种圆角规格的俯视示意图。
图4为本发明的一种圆角规格的俯视示意图。
其中：1.矩形废液池；2.排出通道； 3.矩形培养区；4.连接通道；5.V通道；6.注射孔；7.锥形培养区； 8.排出口；9.网格刻线；10.锥形直角。
具体实施方式
下面结合附图1-4进一步对本发明加以说明。一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法，操作步骤如下。
第一步，根据细胞剪切力实验选用的芯片规格。
第二步，将选好的芯片的矩形培养区3和锥形培养区7的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的1个矩形培养区3和1个锥形培养区7的流体流动网络。
第三步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组培养实验细胞。从长方形的芯片一端的注射孔6分别成对注入干细胞和营养液，定期通过注射孔6补给相应的营养物质，保证细胞正常的新陈代谢。把注射孔6成对分组，作为对照组。营养物质直接被运送到培养区内，用于即时观测细胞的生长。待细胞贴壁生长后，从两对注射孔6持续注入输入实验要求的细胞培养液，流态的培养液流过矩形培养区3和锥形培养区7产生的剪切力作用于细胞。检测细胞信号，收集数据。在一定的实验培养条件下，矩形培养区3和锥形培养区7能够起到对比作用。待细胞贴壁生长24h后，能够直接通过高清摄像机或DVD检测剪切力作用下细胞的分化情况。矩形废液池1将培养池中干细胞的代谢产物或者是多余的注射物质暂时储存的空间，保证干细胞的正常培养环境。最后矩形废液池1的废液通过排出通道2与最终排出口8排出。
第四步，根据网格刻线9的细胞定位，和流体网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究流体剪切力对细胞的影响。

Claims (2)

1.一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法，使用的生物芯片是在芯片长方形的一端，加工有2排共4个注射孔（6），注射孔（6）两两为一对，每对2个注射孔（6）各自分别连接一条共2条V通道（5），2条V通道（5）沿长方形芯片的两条长边，呈“Y”型汇流到左右对称的2条连接通道（4）；2条连接通道（4）拐弯后平行于芯片的长边，伸向芯片的另一端；左右2条连接通道（4）在芯片的中部，分别连接有1个矩形培养区（3）和1个锥形培养区（7），两个培养区对称分布在芯片中部的两侧；2个培养区另一端，各连接有连接通道（4），2条连接通道（4）最后汇流到在芯片另一端中部的1个矩形废液池（1），矩形废液池（1）通过排出通道（2）与排出口（8）连接；芯片的锥形培养区（7）的锥尖有朝矩形废液池（1）一端的和锥尖朝注射孔（6）一端的2中规格；矩形培养区（3）和锥形培养区（7）内部宽度不同；矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的底面高度，在与连接通道（4）连接的进口处和出口处的高度尺寸都相同，即底面有坡度时，矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的两个底面的坡度都一致；使用的芯片的矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的形状有保持矩形直角和锥形培养区从锥底端面到侧壁的过渡形成锥形直角的直角型号，矩形和锥形的直角都用圆角圆弧倒角的圆角型号，这2种规格，圆角R≥2mm； 其特征在于，使用操作步骤如下：
第一步，根据细胞剪切力实验选用的芯片规格；
第二步，将选好的芯片的矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的流体流动网络；
第三步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组，培养实验细胞；细胞贴壁后输入实验要求的流体，检测细胞信号，收集数据；
第四步，根据细胞定位，和流体流动网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究流体剪切力对细胞的影响。
2.根据权利要求1所述的一种用于剪切力实验的生物芯片的使用方法，其特征在于：使用的芯片，其制作材质都是透明材质；使用的芯片在矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的区域上都加工有网格刻线（9）。
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