CN218146660U - 一种单细胞表型测定微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单细胞表型测定微流控芯片，包括第一上室、第二上室、第一下室和第二下室，第一上室与连接主路通道相连接的连接支路通道内设置有单细胞滤器，抑或是第二上室与连接主路通道相连接的连接支路通道内设置有单细胞滤器，连接主路通道内设置有并行微通道阵列，并行微通道阵列包括若干个从左至右依次均匀并列设置的微通道，微通道内设置有L型结构的捕获陷阱结构。本实用新型的微流控芯片的捕获陷阱结构为带缺刻结构的L型结构，与微通道壁共同形成具有单向流动捕获能力的单细胞捕获陷阱结构，可以降低液体单壁回流，提高单细胞捕获效率。

Description

一种单细胞表型测定微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微结构加工与细胞生物医学交叉的技术领域，尤其涉及一种单细胞表型测定微流控芯片。

背景技术

近年来生物医学领域新技术的飞速发展，各种单细胞组学技术包括单细胞基因组学、单细胞转录组学、单细胞蛋白组学、单细胞代谢组学等的应用在生物医学研究方面起到日益重要的作用，已被应用于肿瘤、免疫、细胞生理等多个前沿领域，使我们能够在单细胞层面解析机体复杂的细胞图谱，探索机体细胞的类型和组成，以及疾病发生发展过程或药物作用。然而，用于单细胞表型测定的的技术依然进展缓慢。

不同类型的组织细胞具有不同的生理功能，因而在体外、体内表现出不同的表型特点。传统的表型测定如细胞的迁移能力、趋化能力、黏附能力、增殖能力、杀伤能力测定等往往是基于细胞群体的测定，而基于单细胞的表型测定技术目前仍缺乏有效的工具。目前现有技术中的微流控芯片通常仅仅包括第一上室、第二上室、第一下室、第二下室，上述的第一上室、第二上室、第一下室、第二下室分别通过连接支路通道与位于中间位置的连接主路通道相连接的结构设置，对于单细胞的获取效果较差。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种单细胞表型测定微流控芯片，使其更具有产业上的利用价值。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种单细胞表型测定微流控芯片。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种单细胞表型测定微流控芯片，包括第一上室、第二上室、第一下室和第二下室，第一上室和第二上室依次从左至右设置，第一下室位于第一上室的正下方，第二下室位于第二上室的正下方，第一上室、第二上室、第一下室和第二下室分别通过连接支路通道与位于中间位置的连接主路通道相连接；第一上室与连接主路通道相连接的连接支路通道内设置有单细胞滤器，抑或是第二上室与连接主路通道相连接的连接支路通道内设置有单细胞滤器，连接主路通道内设置有并行微通道阵列，并行微通道阵列包括若干个从左至右依次均匀并列设置的微通道，微通道内设置有L型结构的捕获陷阱结构，捕获陷阱结构包括相对于微通道壁平行的陷阱平行段以及相对于微通道壁垂直的陷阱垂直段，且陷阱平行段和陷阱垂直段之间设置有缺刻结构。

作为本实用新型的进一步改进，陷阱平行段的长度为15-80μm，陷阱垂直段的长度为8-20μm。

作为本实用新型的进一步改进，缺刻结构的长度为2-10μm。

作为本实用新型的进一步改进，陷阱垂直段与微通道壁之间的间距为2-10μm。

作为本实用新型的进一步改进，第一上室、第二上室、第一下室和第二下室的面积在9-100mm²之间。

作为本实用新型的进一步改进，微通道的孔径为20-90μm。

作为本实用新型的进一步改进，单细胞滤器由直径3-30μm、间距10-100μm柱状列阵构成。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型的微流控芯片的捕获陷阱结构为带缺刻结构的L型结构，与微通道壁共同形成具有单向流动捕获能力的单细胞捕获陷阱结构，可以降低液体单壁回流，提高单细胞捕获效率；

2、本实用新型缺刻结构的设计可以在低压差条件下对捕获细胞产生一定的吸附能力，避免了单细胞的脱位，降低了液流低剪切力，能更稳定下稳定地捕获和固定单细胞，并保持细胞活性；

3、本实用新型的微流控芯片符合流体动力学特性，上下室和并行微通道阵列的布局可方便实现单细胞迁移能力测定、趋化因子的趋化能力测定、迁移抑制药物筛选以及3D培养条件下迁移能力测定等多种应用场景；

4、本实用新型的微流控芯片采用负压法实现单细胞捕获，可良好对接传统的细胞培养设施条件，无需额外的仪器设备。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型一种单细胞表型测定微流控芯片的结构示意图；

图2是图1中并行微通道列阵的局部放大结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大结构示意图；

图4是图1中单细胞滤器的结构示意图。

其中，图中各附图标记的含义如下。

1 第一上室 2 第二上室

3 第一下室 4 第二下室

5 连接支路通道 6 单细胞滤器

7 连接主路通道 8 微通道

9 捕获陷阱结构 10 微通道壁

11 陷阱平行段 12 陷阱垂直段

L1 平行段长度 L2 垂直段长度

L3 缺刻长度

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1～图4所示，

一种单细胞表型测定微流控芯片，包括第一上室1、第二上室2、第一下室3和第二下室4，第一上室1和第二上室2依次从左至右设置，第一下室3位于第一上室1的正下方，第二下室4位于第二上室2的正下方，第一上室1、第二上室2、第一下室3和第二下室4分别通过连接支路通道5与位于中间位置的连接主路通道7相连接；第一上室1与连接主路通道7相连接的连接支路通道5内设置有单细胞滤器6，抑或是第二上室2与连接主路通道7相连接的连接支路通道5内设置有单细胞滤器6，连接主路通道7内设置有并行微通道阵列，并行微通道阵列包括若干个从左至右依次均匀并列设置的微通道8，微通道8内设置有L型结构的捕获陷阱结构9，捕获陷阱结构9包括相对于微通道壁10平行的陷阱平行段11以及相对于微通道壁10垂直的陷阱垂直段12，且陷阱平行段11和陷阱垂直段12之间设置有缺刻结构。

优选的，陷阱平行段11的长度L1为15-80μm，陷阱垂直段12的长度L2为8-20μm。

优选的，缺刻结构的长度L3为2-10μm。

优选的，陷阱垂直段12与微通道壁10之间的间距L4为2-10μm。

优选的，第一上室1、第二上室2、第一下室3和第二下室4的面积在9-100mm²之间。

优选的，微通道8的孔径为20-90μm。

优选的，单细胞滤器6由直径3-30μm、间距10-100μm柱状列阵构成。

本项目的微流控芯片设计主要采用“最小流阻路径”流体力学原理，结合细胞生物力学和细胞培养技术，通过模拟优化和改进，制成了用于测定单细胞迁移、趋化和侵袭能力的新型微流控芯片。

芯片由第一上室1、第二上室2、第一下室3和第二下室4以及连接上室和下室的并行微通道及连接通道构成，其中上室之一和微通道之间的连接通道具有单细胞滤器结构，微通道内具有特定的单细胞捕获陷阱结构。

本实用新型所涉及的微流控芯片布局图如附图1～图4所示，该芯片具有上室2个，分别为第一上室1、第二上室2；下室2个，分别为第一下室3和第二下室4。第一上室1用于添加细胞悬液及清洗液，第二上室2用于添加含药培养基，第一下室3和第二下室4用于负压吸出培养废液或清洗液。

其中，第一上室1或第二上室2与微通道的连接支路通道5内具有单细胞滤器6，保障进入微通道的均为单个细胞，单细胞滤器6由直径3-30μm，间距10-100μm柱形列阵构成，其具体结构如附图4所示。

在上室和下室之间为并行微通道阵列，每个微通道内具有单细胞捕获陷阱结构9，该捕获陷阱结构9设计为带缺刻的L型结构，其中相对于微通道壁的平行段长度L1为15-80μm，垂直段长度L2为8-20μm，平行段和垂直段的缺刻长度L3为2-10μm，且带缺刻的L形状距离一侧微通道壁L4为2-10μm，与微通道壁共同形成具有单向流动捕获能力的单细胞捕获陷阱结构。

该捕获陷阱结构9是通过流体力学模拟计算后创新设计的，其中带缺刻的L形捕获陷阱结构设计可以降低液体单壁回流，提高单细胞捕获效率；而缺刻结构的设计则可以形成陷阱内低压区，对捕获细胞产生一定的吸附能力，避免了单细胞的脱位，保障了在低流速和低剪切力下稳定地捕获和固定住单细胞。本实用新型涉及的捕获陷阱具体结构见附图3所示。

各上室和各下室的面积在9-100mm²之间，并行微通道的孔径为20-90μm，单细胞滤器由直径3-30μm，间距10-100μm柱形列阵构成。

本实用新型的工作过程及工作原理简述：

本实用新型所涉及的微流控芯片通过负压法实现单细胞捕获，其原理在于通过气体负压的压差驱动细胞悬液通过微通道，并为捕获陷阱所捕获和固定，一个陷阱只捕获一个细胞，从而形成固定位置的单细胞状态，多余细胞通过生理盐/培养溶液的负压清洗被吸走。单细胞在培养箱中，能以捕获陷阱为起点向上迁移行走，通过测定迁移距离可评估细胞的迁移能力、药物的趋化能力或抑制迁移的能力。

主要步骤为：

1、细胞通过酶法消化制成细胞悬液，滴加入第一上室1中；

2、开启负压吸引器，在第一下室3或第二下室4形成气体负压，负压驱动使细胞悬液吸入微通道，且被单细胞捕获陷阱结构所捕获；

3、第一上室1加入生理/培养溶液，并利用负压清洗多余细胞，并吸走废液；

4、第一上室1中加入细胞培养基后置于细胞培养箱中培养。如需测定药物对单细胞迁移或趋化作用，则相应体积的含药培养基加入第二上室2。

5、培养要求时间后，对各个微通道进行显微成像，并测量每个单细胞迁移离开捕获陷阱的距离。

迁移率计算公式为：多通道细胞迁移距离取平均值，迁移率＝样品单细胞迁移距离/对照单细胞迁移距离*100％。

趋化作用的计算公式为：趋化强度＝样品单细胞迁移距离/对照单细胞迁移距离*100％。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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咧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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接：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实用新型中的具体含义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种单细胞表型测定微流控芯片，包括第一上室(1)、第二上室(2)、第一下室(3)和第二下室(4)，所述第一上室(1)和第二上室(2)依次从左至右设置，所述第一下室(3)位于第一上室(1)的正下方，所述第二下室(4)位于第二上室(2)的正下方，所述第一上室(1)、第二上室(2)、第一下室(3)和第二下室(4)分别通过连接支路通道(5)与位于中间位置的连接主路通道(7)相连接；其特征在于，所述第一上室(1)与连接主路通道(7)相连接的连接支路通道(5)内设置有单细胞滤器(6)，抑或是所述第二上室(2)与连接主路通道(7)相连接的连接支路通道(5)内设置有单细胞滤器(6)，所述连接主路通道(7)内设置有并行微通道阵列，所述并行微通道阵列包括若干个从左至右依次均匀并列设置的微通道(8)，所述微通道(8)内设置有L型结构的捕获陷阱结构(9)，所述捕获陷阱结构(9)包括相对于微通道壁(10)平行的陷阱平行段(11)以及相对于微通道壁(10)垂直的陷阱垂直段(12)，且所述陷阱平行段(11)和陷阱垂直段(12)之间设置有缺刻结构。

2.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述陷阱平行段(11)的长度L1为15-80μm，所述陷阱垂直段(12)的长度L2为8-20μm。

3.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述缺刻结构的长度L3为2-10μm。

4.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述陷阱垂直段(12)与微通道壁(10)之间的间距(L4)为2-10μm。

5.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述第一上室(1)、第二上室(2)、第一下室(3)和第二下室(4)的面积在9-100mm²之间。

6.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述微通道(8)的孔径为20-90μm。

7.如权利要求1所述的一种单细胞表型测定微流控芯片，其特征在于，所述单细胞滤器(6)由直径3-30μm、间距10-100μm柱状列阵构成。

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