CN111909838A - 一种细胞功能检测的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞功能检测的微流控芯片，包括上层基片、中层基片和下层基片，设置有培养基加入孔和培养基流出孔，第一流道均串接有培养腔，培养腔还均对应连通有第二流道，中层基片对应培养腔的中部设置有隔板，所述隔板设置有通孔。采用三层结构叠加形成，并且培养腔设置隔板使培养基和细胞液分层，隔离，位于培养腔隔板以下的细胞液，位于培养腔隔板以上的培养基，具有防止细胞伴随培养基一同流出的弊端，这里培养腔和培养基流出孔、细胞液加入孔和细胞液排出孔均为多个，便于同时对不同的细胞进行药物检测。

Description

一种细胞功能检测的微流控芯片

技术领域

本发明属于微流控芯片的技术领域，特别是涉及一种细胞功能检测的微流控芯片。

背景技术

微流控芯片技术又被称为微流控芯片实验室或芯片实验室，指的是在一块几平方厘米的芯片上构建的化学或生物实验室，它把化学和生物学等领域中所涉及的样品制备，反应，分离，检测，细胞培养，分选，裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现生物，化学，医学诊断、医药研发(本产品最初的设计就是为了抗癌药物药敏药毒实验设计)。

微流控芯片技术的基本特征和最大优势是：多种单元结构在微小的芯片平台上可以灵活组合使得芯片设计上灵活多变且功能齐全；微小的芯片内部结构单元所需要的检测样本量非常少，且微结构单元的大比表面积允许内部试剂快速扩散以实现快速反应和检测；微流控芯片技术可以减少对医学检测人员的技术要求，降低检测的人为失误，进而降低患者的医学检测成本；由于采用仪器自动化完成，可以得到更加准确，更加灵敏的检测数据。

现有医学具有很多种药物，在癌症治疗这一块具有“鸡尾酒疗法”，具体是试验不同药物对癌症的抗癌效果，不同的癌细胞对于同一种抗癌药物的应激反应也不相同，为了可以很快的检测出不同癌细胞对同一种药物的治疗效果，在人体试验很不现实。而现有微流控芯片也不存在对应同一种药物，实现不同细胞的应激反应，导致操作很繁琐，药物浓度因为平行实验配制误差，造成实验结果的误差。现有多孔道操作的微流控芯片在实际操作过程中也存在细胞误入培养基流道，发生堵塞等情况发生。因此，本发明主要解决的是目前还没有一种微流控芯片，同时对应不同的细胞进行同一种药物进行等效检测的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细胞功能检测的微流控芯片，主要解决的是目前还没有一种微流控芯片，同时对应不同的细胞进行同一种药物进行等效检测的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种细胞功能检测的微流控芯片

包括上层基片、中层基片和下层基片，所述上层基片、中层基片和下层基片依次重合、贴靠并通过等离子放电将基片建合，整体呈矩形；

所述上层基片位于矩形的对立侧分别设置有培养基加入孔和培养基流出孔，所述培养基流出孔为多个，成排均匀设置，所述培养基加入孔和培养基流出孔均穿过上层基片并延伸至中层基片，所述培养基加入孔与多个培养基流出孔之间均设置有第一流道，所述第一流道设置于上层基片对应中层基片的一侧；

所述第一流道均串接有培养腔，所述培养腔成排并与培养基流出孔一一对应，所述培养腔贯穿中层基片并分别延伸至上层基片和下层基片；

所述培养腔还均对应连通有第二流道，所述培养腔位于对应第二流道的中部，所述第二流道的两端分别设置细胞液加入孔和细胞液排出孔，所述细胞液加入孔和细胞液排出孔均对应贯穿上层基片、中层基片并延伸至下层基片，所述第二流道设置于下层基片对应中层基片的一侧；

所述中层基片对应培养腔的中部设置有隔板，所述隔板设置有通孔。

进一步地，一种细胞功能检测的微流控芯片，所述培养腔呈棱柱状，其横截面呈菱形。

进一步地，一种细胞功能检测的微流控芯片，所述第二流道呈人字形，所述细胞液加入孔和细胞液排出孔均成排位于人字形两侧。

进一步地，一种细胞功能检测的微流控芯片，所述培养腔设置有8个。

进一步地，一种细胞功能检测的微流控芯片，所述上侧基片、中层基片和下层基片均采用PMMA或PDMS制成。

本发明具有以下有益效果：

(1)不同于以往的双层结构，这里采用三层结构叠加形成，并且培养腔设置隔板使培养基和细胞液分层，隔离，位于培养腔隔板以下的细胞液，位于培养腔隔板以上的培养基，细胞液中的细胞无法穿过通孔进入上部的培养基，具有防止细胞伴随培养基一同流出的弊端。

(2)分隔的培养基和细胞液，有利于细胞液的均匀性，当细胞液进入培养腔下层时，先静置以使细胞液在凝胶作用下凝固，形成稳定的空间结构，采用隔板将细胞液隔开，有利于培养基与细胞液充分和均匀的接触，提高细胞代谢效率。

(3)这里培养腔和培养基流出孔、细胞液加入孔和细胞液排出孔均为多个，便于同时对不同的细胞进行药物检测，这里主要用于不同基因型的癌细胞相对于同一种药物的应激反应。

(4)区别于传统的2维细胞功能检测实验，本芯片可以使细胞处于非贴壁的3维培养状态，其细胞形态更贴近于人体内的状态。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明结构拆解图。

图2：本发明结构图仰视图。

图3：本发明培养腔局部结构图放大图。

图4：本发明结构图。

图5：本发明结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

上层基片1、中层基片2、下层基片3、培养基加入孔11、培养基流出孔12、第一流道13、培养腔4、第二流道31、细胞液加入孔32、细胞液排出孔33、隔板41、通孔42。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示：一种细胞功能检测的微流控芯片

包括上层基片1、中层基片2和下层基片3，所述上层基片1、中层基片2和下层基片3依次重合、贴靠并通过等离子放电将基片建合，整体呈矩形；

所述上层基片1位于矩形的对立侧分别设置有培养基加入孔11和培养基流出孔12，培养基为液体培养基。所述培养基流出孔12为多个，成排均匀设置，养基加入孔为单个，较大，所述培养基加入孔11和培养基流出孔12均穿过上层基片1并延伸至中层基片2，所述培养基加入孔11与多个培养基流出孔12之间均设置有第一流道13，所述第一流道13设置于上层基片1对应中层基片2的一侧；

所述第一流道13均串接有培养腔4，所述培养腔4成排并与培养基流出孔12一一对应，所述培养腔4贯穿中层基片2并分别延伸至上层基片1和下层基片3；这里培养腔和培养基流出孔均成排设置，有利于用记号笔标记。

所述培养腔4还均对应连通有第二流道31，所述培养腔4位于对应第二流道31的中部，所述第二流道31的两端分别设置细胞液加入孔32和细胞液排出孔33，所述细胞液加入孔32和细胞液排出孔33均对应贯穿上层基片1、中层基片2并延伸至下层基片3，所述第二流道31设置于下层基片3对应中层基片2的一侧；

其中第一流道和第二流道均为圆形孔，通过光刻机在抛光硅晶片上进行刻蚀模板，再使用制作基片的凝胶浇筑在硅晶片上，形成带有通路的生物芯片。其中，所有的培养基流出孔设计的刻蚀直径是2.5mm，第一流道直径是2.4mm，细胞液加入孔和细胞液排出孔设计的刻蚀直径是2mm，第二流道直径是1.12mm。

所述中层基片2对应培养腔4的中部设置有隔板41，所述隔板41设置有通孔42。中间培养腔设计刻蚀直径是1mm，通孔的打孔直径是0.1mm。

本发明为一次性的细胞培养微流控芯片结构，不同于以往的双层结构，这里采用三层结构叠加形成，虽然第一流道和第二流道均连通培养腔，但是连通的位置不同，并且培养腔设置隔板使培养基和细胞液分层，隔离，位于培养腔隔板以下的细胞液，位于培养腔隔板以上的培养基，细胞液中的细胞无法穿过通孔进入上部的培养基，具有防止细胞伴随培养基一同流出的弊端。

而分隔的培养基和细胞液，有利于细胞液的均匀性，因为使用时先注入细胞液，这里采用移液枪加压打入细胞液，其中细胞液中混入有凝胶，当细胞液进入培养腔下层时，先静置以使细胞液在凝胶作用下凝固，形成稳定的空间结构，采用隔板将细胞液隔开，有利于防止细胞液堵塞第一流道，从而阻碍培养基的流通。此举也有利于培养基与细胞液充分和均匀的接触，提高细胞代谢效率。

需要注意的是，这里培养腔和培养基流出孔、细胞液加入孔和细胞液排出孔均为多个，便于同时对不同的细胞进行药物检测，这里主要用于不同种类癌细胞相对于同一种药物的应激反应，而药物溶于培养基，使用时采用注射泵持续不断的供给培养基，而经过细胞代谢的培养基有培养基流出孔流出，收集并检测。

如图3所示：所述培养腔4呈棱柱状，其横截面呈菱形。棱柱状的培养腔有利于细胞腔体中心部位不存在气泡，保证细胞能够充分接触培养基。

如图1所示：所述第二流道31呈人字形，所述细胞液加入孔32和细胞液排出孔33均成排位于人字形两侧。由于上层基片、中层基片和下层基片的流道及穿孔均采用浇筑的方式建模，建合好的芯片空腔里充满了空气，设置细胞液排出孔用于气压平衡，有利于细胞液顺利、流畅的进入培养腔。

如图1所示：所述培养腔4设置有8个。用于同时对多个种类的细胞进行药物检测。

所述上侧基片1、中层基片2和下层基片3均采用PMMA或PDMS制成。

需要注意的是：PDMS为生物用材质，主要用于硅光板光刻后建模浇筑用凝胶，本身具有气体交换作用，为本发明多数情况下主要使用材料，而PMMA是硬质材料，不适用硅光板光刻后建模浇筑，没有气体交换作用，需要额外做气体交换装置，其上设置的流道及穿孔也均通过机械雕刻，精度上略有差异，不影响整体效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

上述实施例仅是对本发明产品的说明，并非对本发明做出任何形式上的限制，在不脱离本发明的技术方案范围之内，任何利用上述揭示的技术内容作出简单变换的等同方案，均属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种细胞功能检测的微流控芯片，其特征在于：

包括上层基片(1)、中层基片(2)和下层基片(3)，所述上层基片(1)、中层基片(2)和下层基片(3)依次重合、贴靠并通过等离子放电将基片建合，整体呈矩形；

所述上层基片(1)位于矩形的对立侧分别设置有培养基加入孔(11)和培养基流出孔(12)，所述培养基流出孔(12)为多个，成排均匀设置，所述培养基加入孔(11)和培养基流出孔(12)均穿过上层基片(1)并延伸至中层基片(2)，所述培养基加入孔(11)与多个培养基流出孔(12)之间均设置有第一流道(13)，所述第一流道(13)设置于上层基片(1)对应中层基片(2)的一侧；

所述第一流道(13)均串接有培养腔(4)，所述培养腔(4)成排并与培养基流出孔(12)一一对应，所述培养腔(4)贯穿中层基片(2)并分别延伸至上层基片(1)和下层基片(3)；

所述培养腔(4)还均对应连通有第二流道(31)，所述培养腔(4)位于对应第二流道(31)的中部，所述第二流道(31)的两端分别设置细胞液加入孔(32)和细胞液排出孔(33)，所述细胞液加入孔(32)和细胞液排出孔(33)均对应贯穿上层基片(1)、中层基片(2)并延伸至下层基片(3)，所述第二流道(31)设置于下层基片(3)对应中层基片(2)的一侧；

所述中层基片(2)对应培养腔(4)的中部设置有隔板(41)，所述隔板(41)设置有通孔(42)。

2.根据权利要求1所述一种细胞功能检测的微流控芯片，其特征在于：所述培养腔(4)呈棱柱状，其横截面呈菱形。

3.根据权利要求1所述一种细胞功能检测的微流控芯片，其特征在于：所述第二流道(31)呈人字形，所述细胞液加入孔(32)和细胞液排出孔(33)均成排位于人字形两侧。

4.根据权利要求1所述一种细胞功能检测的微流控芯片，其特征在于：所述培养腔(4)设置有8个。

5.根据权利要求1所述一种细胞功能检测的微流控芯片，其特征在于：所述上侧基片(1)、中层基片(2)和下层基片(3)均采用PMMA或PDMS制成。

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