CN116408157A - 一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途，所述微流控芯片两侧分别为进样区和取样区，所述微流控芯片表面为电极阵列结构，所述微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板、微孔结构、导电层、介电层、疏水层、通道区域、疏水层、介电层、导电层和上基板，所述下基板上对应反应区的位置设置有微孔结构，所述微孔结构用于捕获细胞。在本发明中，利用电场对液体产生超亲水的电湿润效应对液体进行驱动，可编程的完成细胞稀释、分配，并与不同种类的试剂进行反应，自动化的完成多种药物筛选条件的测试，且在下基板上设置微孔结构同时达到了细胞捕获的目的，减少人为的繁冗操作，加速了反应时间。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，涉及电湿润微流控芯片的设计，尤其涉及一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途。
背景技术
药物筛选主要分为三个阶段，分别是不同分子药物对细胞做刺激；不同条件刺激的细胞做培养；检测刺激后细胞的状态。目前药筛的方法主要是透过人工操作，或是移液工作站96孔板、384孔板，刺激后在培养箱中进行培养，培养后富集的细胞再做检测，大量的测试得出有效的分子药设计。微流控分析的核心是利用微流控芯片将样品预处理、生物和化学反应、分离检测等基本操作单元集成在具有微米或纳米微通道网络的芯片上，通过操控流体完成复杂的分析过程，具有样品和试剂消耗量少、分析时间短、高通量、容易实现大规模平行测定等优点。利用微流控分析技术可方便的实现分析系统的小型化、集成化和便携化，目前，该系统被广泛应用在生命科学、疾病诊断与治疗、药物合成与筛选等领域。
CN108485972A公开了一种用于细胞组织培养与实时监测的微流控芯片及其使用方法，该芯片包括玻璃基板层和位于玻璃基板层上的PDMS微流道层，玻璃基板层包括玻璃基板及设置于所述玻璃基板层上的若干对微电极，PDMS微流道层包括若干条独立的微流体通道，玻璃基板上的微电极对与PDMS微流道层上的微流体通道一一对应；微电极与外部电路进行电连接。使用方法包括细胞的捕获、细胞组织的培养、电阻抗谱检测和组织的释放。该发明的芯片使用透明基材加工，显微成像可作为电阻抗谱检测的补充手段，观测并原位分析细胞组织的动态生长、生理行为等生物过程。可用于细胞或组织的生物学研究和药物筛选等领域。
CN107988070A公开了一种微量细胞电转微流控芯片、电转分选仪及应用，微量细胞电转分选仪包括电转单元、显示屏、外箱体、电源单元、微控制单元和主传感器，电转单元中包括所述芯片。显示屏用于向微控制单元发送指令，接收微控制单元和主传感器反馈的信息并显示；微控制单元用于接收显示屏发送的指令，并对电转单元和电源单元进行控制；电转单元用于完成细胞转染过程；主传感器用于接收电转单元反馈的信息，并发送给显示屏和微控制单元。微量细胞电转微流控芯片包括进样口、出样口、负压孔道、正压孔道和主通道，出样口后设置96孔板。该发明能够保证转染过程中主通道内的转染状态相同，保证了转染的效率，通过96孔板保证了细胞品质，便于后期的细胞培养。
CN108148752A公开了一种基于微流控芯片的集成化药物筛选与染色方法，所述微流控芯片构成如下：上层为液路控制层，下层为气路控制层，底面为空白玻璃底板。基于微流控芯片的集成化药物筛选与染色方法的步骤依次如下：芯片预处理；细胞的接种与培养；药物刺激；荧光染色。所有液路层入口均由一个气路层的阀单独控制，可同时进行不同种类细胞培养、不同药物刺激以及不同抗体染色。该发明利用微流控芯片中的微流体与微型阀技术实现了在微流控芯片上的药物筛选与荧光染色，为细胞培养、细胞原位荧光染色以及药物筛选研究提供全新的技术平台，操作简便、细胞与试剂用量少、高度集成化、应用范围广泛。
多种细胞共培养微流控芯片能将多种细胞共同培养于同一环境中，能更真实地反映人体组织细胞之间的互相影响，有利于实验者加入新型药物，从而研究这种药物对细胞的影响，也有利于快速筛选新药的疗效和毒性，目前，现有技术还需引入标识性药物去识别，费时费力，增加成本，因此，亟需设计开发一种简易好操作的微流控芯片，以满足实际生产生活的需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途，在本发明中，利用电场对液体产生超亲水的电湿润效应对液体进行驱动，可编程的完成细胞稀释、分配，并与不同种类的试剂进行反应，自动化的完成多种药物筛选条件的测试，且在下基板上设置微孔结构同时达到了细胞捕获的目的，减少人为的繁冗操作，加速了反应时间。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，所述微流控芯片两侧分别为进样区和取样区，所述进样区和取样区之间为反应区，所述进样区下方依次设置有样本放置区和培养液放置区，所述微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；
所述微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板、微孔结构、导电层、介电层、疏水层、通道区域、疏水层、介电层、导电层和上基板，所述疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一和疏水层二，所述下基板上对应反应区的位置设置有微孔结构，所述微孔结构用于捕获细胞。
在本发明中，利用电场对液体产生超亲水的电湿润效应对液体进行驱动，可编程的完成细胞稀释、分配，并与不同种类的试剂进行反应，自动化的完成多种药物筛选条件的测试，且在下基板上设置微孔结构同时达到了细胞捕获的目的，减少人为的繁冗操作，加速了反应时间。
需要说明的是，本发明通过将微流控芯片区分为进样区、取样区和反应区，进样区分为样本放置区、培养液放置区和反应区，样本和反应体系在反应区进行实验、刺激和培养，最后由取样区取出目标物，本发明的分区可以使得药物筛选能够自动完成，降低反应条件，增加细胞反应的刺激，得到反应过程能够及时反馈。
需要说明的是，本发明中微流控芯片的上基板使用ITO玻璃(覆铜等导电材料均可)，在上面旋涂疏水层；下基板采用双层印制电路板，优点是工艺成熟，成本较低，示例性地，可以为silicon和TFT；介电层采用PDMS、SU8或者ETFE薄膜，然后在介电层上面旋涂疏水层；疏水层可以为Teflon AF1600或者FluoroPel PFC 1601V；可以理解的是，其他能实现此类功能的均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对微流控芯片的具体材质、尺寸进行适应性调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微孔结构的直径为35～55μm，例如可以是35μm、37μm、39μm、40μm、42μm、44μm、46μm、48μm、50μm、52μm、53μm、55μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了所述微孔结构的直径为35～55μm，是用于单细胞的捕获，细胞的尺寸约10μm，系统设计为35～55μm且带有标签的磁珠，微孔同时可以捕获细胞和磁珠，当所述微孔的直径超过限定值55μm时，会导致一个微孔具有多个磁珠和细胞，不便于分别；当所述微孔结构的直径低于限定值35μm时，会导致部分大于35μm的磁珠无法被捕获，造成误差。
所述微孔结构的深度为40～50μm，例如可以是40μm、42μm、44μm、46μm、48μm、50μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了所述微孔结构的深度为40～50μm，是用于单细胞的捕获，微孔需要同时捕获细胞和磁珠，当所述微孔的深度超过限定值50μm时，会导致一个微孔具有多个磁珠和细胞，不便于分别；当所述微孔结构的深度低于限定值40μm时，会导致无法同时捕获磁珠和细胞，这是因为深度过浅。
作为本发明一种优选的技术方案，所述下基板和上基板的边缘处设有接触板，所述接触板电性连接外部电路。
作为本发明一种优选的技术方案，所述通道区域为液体腔体，所述液体腔体用于反应体系的交换。
作为本发明一种优选的技术方案，所述下基板和上基板上均设置有电极阵列。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电极阵列电性连接外部电路。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电极阵列形成的电位差用于驱动液体。
作为本发明一种优选的技术方案，每个所述电极阵列相互独立。
作为本发明一种优选的技术方案，所述反应区包括培养空间，所述培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的微流控芯片的用途，所述微流控芯片用于细胞操控技术领域，进一步优选为药物筛选、细胞分选和细胞培养领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，利用电场对液体产生超亲水的电湿润效应对液体进行驱动，可编程的完成细胞稀释、分配，并与不同种类的试剂进行反应，自动化的完成多种药物筛选条件的测试，且在下基板上设置微孔结构同时达到了细胞捕获的目的，减少人为的繁冗操作，加速了反应时间。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的微流控芯片的俯视图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的微流控芯片的剖面图；
其中，1-进样区；2-样本放置区；3-培养液放置区；4-反应区；5-取样区；6-上基板；7-疏水层一；8-疏水层二；9-介电层；10-导电层；11-下基板；12-通道区域；13-微孔结构。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，如图1和图2所示，所述微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2和培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
在本发明中，利用电场对液体产生超亲水的电湿润效应对液体进行驱动，可编程的完成细胞稀释、分配，并与不同种类的试剂进行反应，自动化的完成多种药物筛选条件的测试，且在下基板11上设置微孔结构13同时达到了细胞捕获的目的，减少人为的繁冗操作，加速了反应时间。
需要说明的是，本发明通过将微流控芯片区分为进样区1、取样区5和反应区4，进样区1分为样本放置区2、培养液放置区3和反应区4，样本和反应体系在反应区4进行实验、刺激和培养，最后由取样区5取出目标物，本发明的分区可以使得药物筛选能够自动完成，降低反应条件，增加细胞反应的刺激，得到反应过程能够及时反馈。
需要说明的是，本发明中微流控芯片的上基板6使用ITO玻璃(覆铜等导电材料均可)，在上面旋涂疏水层；下基板11采用双层印制电路板，优点是工艺成熟，成本较低，示例性地，可以为silicon和TFT；介电层9采用PDMS、SU8或者ETFE薄膜，然后在介电层9上面旋涂疏水层；疏水层可以为Teflon AF1600或者FluoroPel PFC 1601V；可以理解的是，其他能实现此类功能的均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对微流控芯片的具体材质、尺寸进行适应性调整。
微孔结构13的直径为35～55μm，本发明特别限定了所述微孔结构13的直径为35～55μm，是用于单细胞的捕获，细胞的尺寸约10μm，系统设计为35～55μm且带有标签的磁珠，微孔同时可以捕获细胞和磁珠，当所述微孔的直径超过限定值55μm时，会导致一个微孔具有多个磁珠和细胞，不便于分别；当所述微孔结构13的直径低于限定值35μm时，会导致部分大于35μm的磁珠无法被捕获，造成误差。
微孔结构13的深度为40～50μm，本发明特别限定了所述微孔结构13的深度为40～50μm，是用于单细胞的捕获，微孔需要同时捕获细胞和磁珠，当所述微孔的深度超过限定值50μm时，会导致一个微孔具有多个磁珠和细胞，不便于分别；当所述微孔结构13的深度低于限定值40μm时，会导致无法同时捕获磁珠和细胞，这是因为深度过浅。
下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
实施例1
本实施例提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其中：
微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2、培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
微孔结构13的直径为35μm，微孔结构13的深度为50μm，下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
实施例2
本实施例提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其中：
微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2、培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
微孔结构13的直径为40μm，微孔结构13的深度为48μm，下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
实施例3
本实施例提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其中：
微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2、培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
微孔结构13的直径为45μm，微孔结构13的深度为45μm，下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
实施例4
本实施例提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其中：
微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2、培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
微孔结构13的直径为50μm，微孔结构13的深度为42μm，下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
实施例5
本实施例提供了一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其中：
微流控芯片两侧分别为进样区1和取样区5，进样区1和取样区5之间为反应区4，进样区1下方依次设置有样本放置区2、培养液放置区3，微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板11、微孔结构13、导电层10、介电层9、疏水层、通道区域12、疏水层、介电层9、导电层10和上基板6，疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一7和疏水层二8，下基板11上对应反应区4的位置设置有微孔结构13，微孔结构13用于捕获细胞。
微孔结构13的直径为55μm，微孔结构13的深度为40μm，下基板11和上基板6的边缘处设有接触板，接触板电性连接外部电路。通道区域12为液体腔体，液体腔体用于反应体系的交换。下基板11和上基板6上均设置有电极阵列，电极阵列电性连接外部电路，电极阵列形成的电位差用于驱动液体，每个电极阵列相互独立。反应区4包括培养空间，培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种用于单细胞捕获的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片两侧分别为进样区和取样区，所述进样区和取样区之间为反应区，所述进样区下方依次设置有样本放置区和培养液放置区，所述微流控芯片表面为电极阵列结构，用于驱使细胞运动；
所述微流控芯片包括由下至上依次堆叠的下基板、微孔结构、导电层、介电层、疏水层、通道区域、疏水层、介电层、导电层和上基板，所述疏水层包括由下至上堆叠的疏水层一和疏水层二，所述下基板上对应反应区的位置设置有微孔结构，所述微孔结构用于捕获细胞。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微孔结构的直径为35～55μm；
所述微孔结构的深度为40～50μm。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述下基板和上基板的边缘处设有接触板，所述接触板电性连接外部电路。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述通道区域为液体腔体，所述液体腔体用于反应体系的交换。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述下基板和上基板上均设置有电极阵列。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极阵列电性连接外部电路。
7.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极阵列形成的电位差用于驱动液体。
8.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，每个所述电极阵列相互独立。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应区包括培养空间，所述培养空间用于试剂的混合、刺激和培养。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的微流控芯片的用途，其特征在于，所述微流控芯片用于细胞操控技术领域，进一步优选为药物筛选、细胞分选和细胞培养领域。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202111648353.9A CN116408157A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202111648353.9A CN116408157A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116408157A true CN116408157A (zh) | 2023-07-11 |
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ID=87048132
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111648353.9A Pending CN116408157A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种用于单细胞捕获的微流控芯片及其用途 |
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-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111648353.9A patent/CN116408157A/zh active Pending
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