[发明专利]一种气动阵列化细胞捕获与释放芯片及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型化细胞操作技术领域的一种细胞芯片，具体涉及一种用于实时控制性细胞捕获与释放的气动阵列化细胞捕获与释放芯片及其操作方法。

背景技术

微型化细胞操作技术是有效开展生命微观世界科学探索的重要条件。微流控芯片技术，作为本世纪具有代表性的微型操作与分析平台技术之一，显示出极强的细胞精确操作能力。迄今为止，涉及微流控芯片细胞操作的方法主要包括：机械操作、微流体操作、磁学操作、光学操作、电场操作以及声学操作等。其中，机械操作依赖性细胞芯片以其制备简单、操作快捷、能够开展实时高通量且无需辅助电子仪器等优势，长期为国内外研究学者所采纳。然而，目前芯片内用于细胞研究的机械操作多属于被动式细胞操作，缺乏操作的灵活性和可逆性。常见的细胞机械定位元件（例如：微坝和微孔）由于其高度固定，细胞一旦被捕获则难以完全清除，因此无法完成细胞回收和细胞再捕获操作，即只能进行一次性细胞捕获。这样，不仅造成了芯片材料的大量消耗，同时在很大程度上也限制了所捕获细胞的后期试验研究范围。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于微流控芯片技术的气动阵列化细胞捕获与释放芯片及其操作方法。能够实现捕获微结构实时动态的空间调节，进而实现细胞捕获、保护、释放及再捕获的时间与空间控制操作。其操作简单快捷，易于广大细胞研究人员掌握。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种气动阵列化细胞捕获与释放芯片，其特征在于，由流动层和气动层组成；

所述的流动层由8个细胞微腔组成，各细胞微腔通过对称分布的微管道网络相互连接，每个细胞微腔设有进口和出口；流动层还设有一个进样入口，该进样入口通过微管道与各个细胞微腔的进口相连通。

所述的气动层由48个“U”型气动微结构和相对应的48个保护伞状气动微结构组成，其中，每6个“U”型气动微结构和相对应的6个保护伞状气动微结构构成一个阵列单元，该阵列单元与流动层的单个细胞微腔相对应，各个U”型气动微结构通过微管道网络相连接，微管道上设置进气入口；各保护伞状气动微结构也通过微管道网络相连接，微管道上同样设置进气入口。

所述的“U”型气动微结构和相对应的保护伞状气动微结构存在二维和三维的基本空间状态，即当在一定气压作用下，“U”型气动微结构和相对应的保护伞状气动微结构受到激发从而形成三维结构；当在大气压下，“U”型气动微结构和相对应的保护伞状气动微结构为二维结构；其中，“U”型三维气动微结构用于对细胞的拦截捕获操作，而三维保护伞状气动微结构用于对捕获细胞的保护，防止液流对细胞的力学作用。

本发明的气动阵列化细胞捕获与释放芯片材料为PDMS聚合物，与涂有PDMS聚合物的玻璃材料进行不可逆封接，保证芯片质量和微管道网络的独立性。

上述气动阵列化细胞捕获与释放芯片的操作方法，其特征在于，在一定流速下，将细胞悬液由流动层入口，通过均匀分布的微管道，分别灌注进入8个细胞微腔内；然后由“U”型气动微结构的进气入口给予“U”型气动微结构一定气压，使“U”型气动微结构由二维结构变为三维结构，从而形成“U”型微坝并完成对细胞的阵列式拦截捕获；

当捕获操作完成后，通过对保护伞状气动微结构的进气入口给予保护伞状气动微结构一定气压，阻断细胞微腔内液流进入“U”型气动微结构，从而保护已捕获的细胞；

当一次细胞操作与分析完成后，分别撤销施加于保护伞状气动微结构和“U”型气动微结构的气压，还原为大气压状态，从而使保护伞状气动微结构和“U”型气动微结构恢复至二维结构，进而使捕获细胞随液流排出细胞微腔。

本发明的气动阵列化细胞捕获与释放芯片，其带来的技术效果在于：可以在单个微流控芯片内连续完成细胞的捕获、保护、释放及再捕获操作。相对于以往微流控芯片内的机械操作，其在细胞操作方面具有更好的时间与空间控制性及灵活性，同时具有操作简单快捷、样品与能量低消耗等特点，能够广泛应用于多种平行高通量与多重复式细胞操作与分析应用以及细胞样品再分析应用。

附图说明

图1是本发明的气动阵列化细胞捕获与释放芯片的流动层和气动层平面结构示意图，其中标记分别表示：1表示流动层进样入口，2和3表示流动层管道出口，4和5表示气动层“U”型气动微结构的进气入口，6表示气动层的保护伞状气动微结构的进气入口。