CN109097264B - 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 - Google Patents
一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109097264B CN109097264B CN201810856397.2A CN201810856397A CN109097264B CN 109097264 B CN109097264 B CN 109097264B CN 201810856397 A CN201810856397 A CN 201810856397A CN 109097264 B CN109097264 B CN 109097264B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- patch clamp
- tip
- cell
- channels
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 95
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 10
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 6
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 5
- -1 Polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012402 patch clamp technique Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000029749 Microtubule Human genes 0.000 description 1
- 108091022875 Microtubule Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009509 drug development Methods 0.000 description 1
- 238000002651 drug therapy Methods 0.000 description 1
- 238000002001 electrophysiology Methods 0.000 description 1
- 230000007831 electrophysiology Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000003266 membrane potential measurement method Methods 0.000 description 1
- 210000004688 microtubule Anatomy 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/02—Form or structure of the vessel
- C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
- C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,属于微流控相关领域。该芯片包括主通道和膜片钳通道;主通道主要由流体入口、入口主通道、“蛇形”通道、出口主通道和流体出口依次连接构成;“蛇形”通道由多组弯道依次连接构成,每个弯道包括两个弧度通道和一个平直通道,平直通道设置于两个相互对称的弧度通道之间;每个平直通道的左右两端各连通一条膜片钳通道;每条膜片钳通道由内侧的尖端通道与外侧的非尖端通道构成;尖端通道设置在平直通道和非尖端通道的底部,相对称的两条膜片钳尖端通道与平直通道构成“十”字型。本发明不仅可消除已有膜片钳微流控细胞吸附芯片的缺陷,并且可以提升细胞捕获效率,减少需施加的负压值,且制作工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于微流控相关领域,涉及到一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,可进行单(多)细胞的膜片钳操作。
背景技术
膜片钳技术是目前细胞离子通道和膜电位测量的金标准,是指将尖端直径为1微米左右的玻璃微电极放置到细胞膜表面,通过负压吸引实现电极尖端和细胞膜之间的紧密封接,使电极内外在电极尖端与细胞膜连接位置电学绝缘,在此基础上实现细胞膜电位的固定控制,然后对电极尖端面积仅为几平方微米的小片细胞膜上一个或几个离子通道的电流进行记录,从而实现记录和研究单个蛋白质离子通道的目的。近几年,为了研究活体细胞膜的离子通道特性和药物治疗中涉及到的离子通道,比如糖尿病和心脏病等,膜片钳技术已被广泛应用于电生理学和生命科学等领域。尽管膜片钳技术很有价值,但其操作过程费时费力,对于需求量大的实验来说此方法效率较为低下。人工操作玻璃微电极的膜片钳技术需要专业熟练的技术人员,且一个训练有素的专业技术人员,一天内也仅能捕获15个左右的细胞。由于玻璃微管、细胞基质、甚至目标细胞在操作时都可能由于手抖而发生移动,形成的电极-细胞膜紧密封接在人工操作样品细胞时容易遭到破坏。此外,溶液的流动也可能会造成一定干扰。虽然目前商业上有(半)自动操作的膜片钳设备,但价格较为昂贵,且不能完全避免操作繁琐、实验易受干扰等弊端。
近年来微流控装置以其独特的优势如微型化、集成化、样品用量少等,在生物和化学领域得到广泛应用,具体包括生化分析、医学诊断、基因检测以及药物开发等。微流控技术不仅能精确操作单个细胞,实现对其行为的实时监测,并且能避免使用操作繁琐、难度较大的玻璃微电极。使用软光刻技术利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作的膜片钳微流控细胞吸附芯片,其制作工艺简单且成本低廉,并且由于材料的透明性和可近距离放置孔径的能力使其在科学研究中具有极大优势。有研究表明,采用微流控技术设计微通道对细胞进行吸附形成高阻密封最快可在几秒内完成,慢的也可在1小时内完成,比人工操作的传统玻璃微电极(平均时间需要1小时)更高效。因此,利用微流控技术设计的膜片钳细胞吸附芯片避免了人工操作细胞的复杂性和高专业技术要求,并可在某种程度上达到盲操作。且电极的放置可远离细胞,消除了电极和细胞间的不良影响,与传统的玻璃微电极膜片钳相比有一定优势。但目前的微流控膜片钳技术存在捕获效率不够高,并且需要施加的负压值较大等问题。如P.Lee等人曾设计过圆型通道,但需施加负压值较大(12kPa~18kPa);BJXu等人曾设计过金字塔形结构,但加工工艺复杂,成本昂贵。因此,如何实现兼具低成本、高捕获率以及仅需施加小负压值即可达到较好捕获效果的微流控膜片钳细胞吸附芯片是仍需解决的问题。
为了提升微流控细胞吸附芯片捕获细胞的效率、减少其需施加的负压值,并且尽量满足加工工艺简单,进而实现高效率低成本的细胞膜片钳研究,本发明设计了一种用于膜片钳的微流控细胞吸附芯片。
发明内容
本发明旨在提供一种应用于细胞膜片钳研究的微流控芯片,不仅可以避免已有膜片钳微流控细胞细胞芯片的缺陷,并且可以提升细胞捕获效率,减少需施加的负压值,且制作工艺简单。
本发明的技术方案:
一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,该微流控细胞吸附芯片包括主通道和膜片钳通道;
所述的主通道主要由流体入口1、入口主通道2、“蛇形”通道3、出口主通道4和流体出口5依次连接构成;所述的“蛇形”通道3由多组弯道依次连接构成,每组弯道包括两个弧度通道7和一个平直通道8,平直通道8设置于两个相互对称的弧度通道7之间,平直通道8的轴线与入口主通道2或出口主通道4的轴线平行;每个平直通道8的左右两端各连通一条膜片钳通道6,两条膜片钳通道6均位于平直通道8的垂直中心线上;每条膜片钳通道6由内侧的尖端通道9与外侧的非尖端通道10构成;尖端通道9设置在平直通道8和非尖端通道10的底部,相对称的两条膜片钳尖端通道9与平直通道8构成“十”字型。
所述的非尖端通道10进一步包括过渡通道11和后部通道12,过渡通道11用于连接后部通道12和尖端通道9,确保主通道与后部通道12之间有一定距离,便于加工。
细胞粒子的运动轨迹、通道流阻的大小、细胞捕获率和捕获时间均是由各通道结构及其宽度和长度的设计决定的;采用两条膜片钳尖端通道9和平直通道8结合的“十”字型方式是为了引流细胞运动轨迹、提升捕获率、减少所需捕获时间。
设用于微流控细胞吸附芯片进行细胞吸附膜片钳实验的细胞直径为d;则微流控细胞吸附芯片中各通道的参数均依照细胞直径来确定:
所述出口主通道4长度大于入口主通道2,入口主通道2和出口主通道4的高度均为2d,宽度均为4d~6d。
所述“蛇形”通道3的宽度为3d,高度为2d,所述弧度通道7的弧是半径为R的圆所对应的弧,R=400d~600d;单个弧度通道7的水平长度为120d~165d;平直通道8的内侧长度为5d~20d;弯道的组数为6~18,对应12~36条膜片钳通道6。
所述尖端通道9的宽度和高度相等,且均为d/3~d/2,长度为5d;非尖端通道10的高度为2d,宽度为5d。
当非尖端通道10进一步包括过渡通道11和后部通道12时,过渡通道11的宽度为2d,高度为2d,后部通道12的宽度为5d,高度为2d;过渡通道11用于确保各相邻通道间距离大于50微米,各膜片钳通道出口13与主通道的水平距离保持在3-6毫米,且保证同侧各相邻膜片钳通道出口13的距离为3-6毫米。
本微流控细胞吸附芯片的原理如下:
流体入口1以法向速度流入细胞缓冲液,主通道出口5零压力梯度,膜片钳通道出口13施加负压(-1000~0pa)捕获细胞形成高阻密封。由于出口通道4长度大于入口主通道2,且主通道有“蛇形”通道3的设置,因此主通道的出口主通道4流阻较大,细胞流动轨迹就会偏向膜片钳通道6,便于在膜片钳尖端通道9端口捕获细胞。且在弧度通道7中嵌入平直通道8,避免了细胞在弧线尖端的难捕获性。
尖端通道9的高度设置为d/3~d/2,这是为了便于吸附细胞时形成高阻密封。而主通道2、3、4和膜片钳非尖端通道10的高度设置需要考虑细胞直径d、细胞在流体中流动时的分布情况以及流阻的大小。细胞在通道中流动时大多数分布在通道中间部位,尖端通道9设置在平直通道8和非尖端通道10的底部,如图3中虚线框所示,因此若平直通道8的高度过高则细胞流动轨迹将会距离底部膜片钳尖端9较远,提高了捕获难度。而若弧度通道7和平直通道8的高度过低,则会增大流阻并且影响细胞的流动。因此,对于主通道2、3、4和膜片钳非尖端通道10的高度设置为2d。这样整个芯片仅有两层高度,保证了芯片制作工艺的简单性,和成本的低廉性。
本发明的有益效果:
1)本发明设计得到一种可用于细胞膜片钳技术的微流控细胞吸附芯片。该芯片通过弧形与直线相结合的主通道形状设计,并采用两端加设膜片钳通道的“十”字型设计,不断优化弧形和直线参数使尽可能多的细胞运动轨迹接近于膜片钳通道口,便于细胞捕获,此芯片捕获效率高(100%),且需施加负压值小(-1000-0Pa)。并且电极放置位置远离细胞,可减少对细胞的影响。
2)在此用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附平台上不仅可吸附单个细胞以进行下一步的膜片钳研究,还可以在此平台上实现膜片钳微流控细胞吸附阵列,完成批量膜片钳实验。
3)本发明芯片仅有两种高度,且加工制作简单,成本低,集成度高,便于大规模生产制造。
附图说明
图1:微流控芯片整体平面结构图,左下实线框内为虚线矩形框“蛇形”通道放大图。
图2:“蛇形通道”和平直通道的局部膜片钳捕获区示意图,对应于图1中左下实线框内的虚线圆框。
图3:平直通道与膜片钳通道相接处高度结构示意图。
图4:某一平直通道左右两个膜片钳通道均吸附住细胞示意图。
图5:某一膜片钳端口(距离流体入口最近的膜片钳端口)捕获细胞个数随时间变化曲线。
图6:某一膜片钳端口(距离流体出口最近的膜片钳端口)捕获细胞个数随时间变化曲线。
图中:1流体入口;2入口主通道;3“蛇形”通道;4出口主通道;5流体出口;6膜片钳通道;7弧度通道;8平直通道;9尖端通道;10非尖端通道;11过渡通道;12后部通道;13膜片钳通道出口。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进行进一步的说明。
本发明研究设计了一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,该芯片利用聚二甲基硅氧烷PDMS加工而成,需要利用光刻法将所需的通道结构图刻蚀到单晶体硅片上得到模具;然后将PDMS原液与固化剂按照10:1的比例混合均匀后浇筑在模具上,排除模具上的气泡后在无水乙醇中将经过加热固化后PDMS从模具硅片剥离,接着用去离子水清洗、用氮气吹干备用。将成型的PDMS阴模与洁净的玻璃片用氧等离子处理后进行永久性键合。
一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,如图1所示,包括主通道和膜片钳通道;
所述的主通道主要由流体入口1、入口主通道2(如图1中AB段)、“蛇形”通道3(如图1中BC段)、出口主通道4(如图1中CD段)和流体出口5依次连接构成;所述的“蛇形”通道3是由多组弯道依次连接构成的,每组弯道包括两个弧度通道7和一个平直通道8,平直通道8设置于两个相互对称的弧度通道7之间,平直通道8的轴线与入口主通道2或出口主通道4的轴线平行;每个平直通道8的左右两端各连通一条膜片钳通道6,两条膜片钳通道6均位于平直通道8的垂直中心线上;每条膜片钳通道6由内侧的尖端通道9与外侧的非尖端通道10构成;尖端通道设置在平直通道8和非尖端通道10的底部,相对称的两条膜片钳通道的尖端通道9与平直通道8构成“十”字型;
所述的非尖端通道10进一步包括过渡通道11和后部通道12,过渡通道11用于连接后部通道12和尖端通道9,确保主通道2、3、4与非尖端通道10之间有一定距离,便于加工。
细胞粒子的运动轨迹、通道流阻的大小、细胞捕获率和捕获时间均是由各通道宽度和长度的设计决定的;采用弧度通道7和平直通道8以及膜片钳尖端通道9结合的“十”字型方式是为了引流细胞运动轨迹、提升捕获率、减少所需捕获时间。
设用于微流控细胞吸附芯片进行细胞吸附实验的细胞直径为10微米;则微流控细胞吸附芯片中各通道的参数均依照细胞直径来确定:
所述出口主通道4长度为2毫米大于入口主通道2长度为1毫米,入口主通道2和出口主通道4的高度均为20微米,宽度均为50微米。此高度设计是由弧度平直通道8与膜片钳尖端通道9相接处的结构所决定,并与“蛇形”通道3高度保持一致,这样保证整个芯片仅有两层高度,确保加工的简易性。
通过“蛇形”通道3的设计可增加通道流阻,减缓细胞的流速,并且将细胞引流到膜片钳尖端通道9孔附近。在膜片钳通道出口13不施加负压或仅需施加较小的负压值(小于-1000Pa)时即可吸附细胞到膜片钳尖端通道9孔上。对弯道各种参数不断改进和优化,发现圆弧形比直角形更便于改变细胞流动的朝向性,且弧度越平缓、单位面积内可放置膜片钳阵列越多,利用率越高。但在弧度的尖端处,细胞流经其出概率小、时间快,因此将圆弧相接处改成直线,便于捕获细胞。此芯片中所述“蛇形”通道3的宽度为30微米,高度为20微米,所述弧度通道7的弧是半径为R=5000微米的圆所对应的弧;弧度通道7的水平长度为1430微米;平直通道8的内侧长度为100微米;弯道的组数为6组,对应12条膜片钳通道6。在进行高度设计时,观察结构中膜片钳尖端通道9与平直通道8相接处如图3,由于尖端通道9连接处位于平直通道8底部,因此当平直通道8高度越高时,细胞由于容易集中在通道中间,因此越难以被底部的膜片钳尖端通道9捕获,而通道过低则会造成液体流动阻力过大和细胞流动不便,因此弧度通道7和平直通道8的高度均设计为20微米。
所述尖端通道9的宽度和高度相等,且均为4微米,长度为50微米。此时在膜片钳尖端孔是宽高比为1:1的结构,满足于正方形结构,且满足通道高度在细胞直径的1/2~1/3处便于捕获细胞并形成高阻密封。
非尖端通道10进一步包括过渡通道11和后部通道12,过渡通道11的宽度为20微米,高度为20微米,后部通道12的宽度为50微米,高度为20微米;此芯片中距离主通道最近的一条膜片钳通道出口13与入口主通道2的水平距离为4536微米,且各同侧相邻膜片钳通道出口的水平距离为3000微米,这样便于对加工出的PDMS芯片以施加负压。对于非尖端通道10的高度设计我们保持了与除尖端通道9外的其他通道一致的20微米的高度设计,这样整个芯片仅有两层高度,既能满足我们捕获细胞的要求,又减少了制作工艺的复杂性。
在此微流控膜片钳平台上不仅可吸附单个细胞以进行下一步的研究,还可以在此平台上实现膜片钳阵列,完成批量膜片钳实验。
入口我们以3mm/s法相速度流入细胞缓冲液,其中包含50个直径为10微米的细胞。我们在十二个膜片钳端口均施加-500Pa大小的负压值,记录十二个膜片钳尖端端口捕获细胞数及其所对应的捕获时间。
实验结果表明,在15秒以内,十二个膜片钳尖端端口均捕获到了细胞,达到了100%的捕获率。在距离流体入口最近的平直通道左侧膜片钳尖端通道处,在3秒以内就捕获到了第一个细胞,且在15秒内完成了4个细胞的捕获,如图5所示。而即使在距离流体入口最远处的平直通道右侧膜片钳尖端通道处,也在9秒以内成功捕获了第一个细胞,并且在15秒以内完成了3个细胞的捕获,如图6所示。因此,此膜片钳可在几秒时间内(9秒内)完成了单细胞捕获,且需施加负压小(-500Pa)、捕获效率高(100%),制作工艺简单,有便于下一步对单细胞进行研究。
Claims (3)
1.一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,其特征在于,该微流控细胞吸附芯片包括主通道和膜片钳通道;
所述的主通道主要由流体入口(1)、入口主通道(2)、“蛇形”通道(3)、出口主通道(4)和流体出口(5)依次连接构成;所述的“蛇形”通道(3)由多组弯道依次连接构成,每组弯道包括两个弧度通道(7)和一个平直通道(8),平直通道(8)设置于两个相互对称的弧度通道(7)之间,平直通道(8)的轴线与入口主通道(2)或出口主通道(4)的轴线平行;每个平直通道(8)的左右两端各连通一条膜片钳通道(6),两条膜片钳通道(6)均位于平直通道(8)的垂直中心线上;每条膜片钳通道(6)由内侧的尖端通道(9)与外侧的非尖端通道(10)构成;尖端通道(9)设置在平直通道(8)和非尖端通道(10)的底部,相对称的两条膜片钳尖端通道(9)与平直通道(8)构成“十”字型;
设用于微流控细胞吸附芯片进行细胞吸附膜片钳实验的细胞直径为d;则微流控细胞吸附芯片中各通道的参数均依照细胞直径来确定:
所述出口主通道(4)长度大于入口主通道(2),入口主通道(2)和出口主通道(4)的高度均为2d,宽度均为4d~6d;
所述“蛇形”通道(3)的宽度为3d,高度为2d,所述弧度通道(7)的弧是半径为R的圆所对应的弧,R=400d~600d;单个弧度通道(7)的水平长度为120d~165d;平直通道(8)的内侧长度为5d~20d;弯道的组数为6~18,对应12~36条膜片钳通道(6);
所述尖端通道(9)的宽度和高度相等,且均为d/3~d/2,长度为5d;非尖端通道(10)的高度为2d,宽度为5d。
2.根据权利要求1所述的一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,其特征在于,所述的非尖端通道(10)进一步包括过渡通道(11)和后部通道(12),过渡通道(11)用于连接后部通道(12)和尖端通道(9),确保主通道与后部通道(12)之间有一定距离,便于加工。
3.根据权利要求2所述的一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片,其特征在于,当非尖端通道(10)进一步包括过渡通道(11)和后部通道(12)时,过渡通道(11)的宽度为2d,高度为2d,后部通道(12)的宽度为5d,高度为2d;过渡通道(11)用于确保各相邻通道间距离大于50微米,各膜片钳通道出口(13)与主通道的水平距离保持在3-6毫米,且保证同侧各相邻膜片钳通道出口(13)的距离为3-6毫米,其中d表示用于微流控细胞吸附芯片进行细胞吸附膜片钳实验的细胞直径。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810856397.2A CN109097264B (zh) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810856397.2A CN109097264B (zh) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109097264A CN109097264A (zh) | 2018-12-28 |
CN109097264B true CN109097264B (zh) | 2021-10-15 |
Family
ID=64847837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810856397.2A Active CN109097264B (zh) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109097264B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110187088B (zh) * | 2019-05-05 | 2020-09-29 | 浙江大学 | 用于电位信号测量的细胞微球阵列芯片装置及其方法 |
CN112683950B (zh) * | 2020-12-03 | 2023-03-24 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 检测细胞膜电势的装置及其检测方法 |
CN113088447A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-07-09 | 温州医科大学 | 一种悬空阵列微流控芯片及其制备方法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008072029A2 (en) * | 2002-02-12 | 2008-06-19 | Cellectricon Ab | Systems and methods for rapidly changing the solution environment around sensors |
CN102151997A (zh) * | 2011-01-31 | 2011-08-17 | 华中科技大学 | 一种膜片钳芯片微孔加工方法 |
CA2804564A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Sophion Bioscience A/S | A chip assembly for use in a microfluidic analysis system |
CA3034614A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | EMULATE, Inc. | Development of spinal cord on a microfluidic chip |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101400778A (zh) * | 2004-03-12 | 2009-04-01 | 加利福尼亚大学董事会 | 集成的细胞处理和测定方法和装置 |
KR100644862B1 (ko) * | 2005-06-08 | 2006-11-14 | 한국과학기술연구원 | 세포 분배 미소유체 칩 및 이를 이용한 패치 클램핑랩온어칩 |
-
2018
- 2018-07-31 CN CN201810856397.2A patent/CN109097264B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008072029A2 (en) * | 2002-02-12 | 2008-06-19 | Cellectricon Ab | Systems and methods for rapidly changing the solution environment around sensors |
CA2804564A1 (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | Sophion Bioscience A/S | A chip assembly for use in a microfluidic analysis system |
CN102151997A (zh) * | 2011-01-31 | 2011-08-17 | 华中科技大学 | 一种膜片钳芯片微孔加工方法 |
CA3034614A1 (en) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | EMULATE, Inc. | Development of spinal cord on a microfluidic chip |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
A lab-on-a-chip for hypoxic patch clamp measurements combined with optical tweezers and spectroscopy- first investigations of single biological cells;Ahmed Alrifaiy等;《BioMedical Engineering OnLine》;20150418;第14卷;36,第1-14页 * |
Open-access microfluidic patch-clamp array with raised lateral cell trapping sites;Adrian Y Lau等;《Lab Chip》;20060927;第6卷(第12期);第1510-1515页 * |
用于膜片钳系统的细胞吸附芯片设计与研究;张昕;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20200215(第02期);A006-74 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109097264A (zh) | 2018-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110004043B (zh) | 一种单细胞捕获微流控芯片 | |
CN109097264B (zh) | 一种用于细胞膜片钳的微流控细胞吸附芯片 | |
CN102174369B (zh) | 一种基于微狭缝结构的全pdms微流控细胞捕获芯片及其制法 | |
US9126197B2 (en) | Pipettes, methods of use, and methods of stimulating an object of interest | |
CN104513787B (zh) | 用于单细胞捕获、培养和给药的集成微流控芯片及系统 | |
US9885059B2 (en) | Ultrahigh throughput microinjection device | |
CN109234163B (zh) | 一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件 | |
CN101629143A (zh) | 用于高通量药物筛选的微流控细胞阵列芯片、方法及应用 | |
WO2021088936A1 (zh) | 一种分离捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法和应用 | |
CN112094742B (zh) | 细胞电穿孔转染与活细胞分选同步实现的微流控芯片 | |
CN106047706A (zh) | 一种基于单细胞捕获实现细胞定位培养芯片及其使用及制备方法 | |
CN112430542B (zh) | 集成微流控三维肿瘤芯片及仿生方法 | |
CN115895876B (zh) | 一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法 | |
JP2018525003A (ja) | 流体力学シャトリングチップ機器、及び、分離した単一細胞を捕捉する方法 | |
WO2021115047A1 (zh) | 一种微流控芯片及基于微流控芯片的全血分离方法 | |
CN110747102B (zh) | 一种基于微流控芯片的单细胞分离装置及方法 | |
CN116493060A (zh) | 一种细胞分离微流控芯片、使用方法和制备方法 | |
CN115505532A (zh) | 用于构建并实时监测免疫杀伤现象的类器官芯片及方法 | |
TW201718846A (zh) | 單細胞擷取與培養之裝置與方法,及從該裝置轉移並釋放細胞群落之方法 | |
CN113671172B (zh) | 微流控检测装置 | |
CN115254212A (zh) | 一种单线虫直接加样微流控芯片及其使用方法 | |
CN103599722B (zh) | 仿生学微流控混合器 | |
CN209784162U (zh) | 一种用于红细胞超分辨成像的固定装置 | |
CN113820487A (zh) | 一种用于癌症标记物检测的微流控芯片及其制备方法 | |
KR101383887B1 (ko) | 미세입자 포획 및 방출 시스템 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |