[发明专利]一种可用于研究细胞迁移的微流芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流芯片，特别涉及一种廉价、易于制备、适合大规模高通量细胞迁移试验的微流芯片。

背景技术

细胞迁移对于很多生物过程来说都是非常重要的，对它的详细机理的进一步理解能够给生物科学带来更多的应用。划线法是生物试验中用来研究细胞迁移最普遍的方法，但是用划线法生成伤痕的这个过程会对细胞造成很大的伤害，这是划线法很难避免的，而且传统的划线法由于其难以自动化操作和定量测量，这就限制了它在大规模高通量试验上的应用。很多实验组发展了在微流芯片中研究伤口愈合的机理，他们使用电信号、胰酶消化、PDMS微模板、自组装单层等方法用来生成“创伤”区域。但是这些方法中的大部分都制作复杂，需要与电路、电化学等方法结合才能制出装置，难以广泛使用到普通生物学实验室中。电击、胰酶等方法在生成“创伤”区域的过程中同样会对细胞造成伤害，同时对于细胞迁移行为的记录也不太容易，因而很难精确判断迁移的速度及同时进行高通量多条件测试试验。在这些工作的基础上，我们发明了一种整合的微流控芯片——填空芯片来研究细胞的迁移，该芯片制备简单、造价低廉，巧妙地用弹性体阀门在细胞通入管道之前预先在细胞生长区域占据一定的空白，因而不会对细胞造成伤害，而且由于其易于自动化操作，使它可以应用在大规模、高通量的试验上。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有技术中研究细胞迁移时不可避免地对细胞造成伤害、难以自动化操作和定量测量等问题，提供一种廉价、易于制备且适合大规模高通量试验的可用于研究细胞迁移的微流芯片。

本发明中的“芯片”与通常本领域所定义的芯片概念相同，其外观为厚度均一的平整片状物体，最常见的形状为长方形或正方形。

本发明中的“一条微流通道”指的是从入口到出口之间连通的所有微流通道，包括其中生成分支的部分。

本发明中的“交叉点”指的是微流通道与控制通道在微流芯片上的投影的相交点。显而易见，由于微流通道和控制通道属于不同的层，它们之间不可能是连通的。

本发明中的“适宜细胞生长的材料”是指细胞在该材料上能正常进行分裂、分化、呼吸、排泄、运动、生殖等生命活动，而不会产生明显的凋亡的材料。

除非特别说明，本发明的“n种以上”、“n种以下”均包括数值n本身。

除非特别说明，本发明中的百分比均为质量百分比。

本发明采用的技术方案如下。

一种可用于研究细胞迁移的微流芯片，所述微流芯片包括微流层、控制层以及将微流层和控制层连接起来的连接层，微流层具有至少一条微流通道，每一条微流通道的至少一部分微流通道的内表面由适宜细胞生长的材料构成，该部分微流通道称为细胞生长微流通道；控制层具有至少一条控制通道，所述细胞生长微流通道与所述至少一条控制通道具有至少一个交叉点，所述交叉点位置的连接层由弹性体材料构成，当控制通道中的压力增加到一定值时，上述至少一个交叉点位置的弹性体连接层将向微流层方向膨胀并与微流通道内表面接触而形成一定大小的接触面，所述接触面的宽度小于交叉点处微流通道的宽度，从而保持微流通道处于连通的状态，当控制通道中的压力恢复时，交叉点位置的弹性体连接层恢复原态。

采用上述技术方案便可以解决现有技术中最令人头痛的技术问题：如何在研究细胞迁移的过程中尽量避免对细胞造成伤害。如前所述，传统的划线法生成伤痕的过程会对细胞造成较大伤害，而改进的电击、胰酶等方法在生成“创伤”区域的过程中同样会对细胞造成伤害。但是采用上述技术方案却可以完全避免对细胞造成伤害。操作方法如下：对控制通道施加压力，当压力增加到一定值时，交叉点位置的弹性体连接层将向微流层方向膨胀并与微流通道内表面接触而形成一定大小的接触面(由于连接层与微流通道内表面紧贴，此接触面将不会有任何细胞进入，因此称此接触面为“空白区”)，所述接触面的宽度小于交叉点处微流通道的宽度，从而保持微流通道处于连通的状态，此时向微流通道中输入含有待研究细胞的培养液，保持控制通道中的压力稳定并在一定的条件下培育一定时间，在这个过程中细胞将贴附在细胞生长微流通道的内壁，记录空白区的位置，撤销施加到控制通道中的压力，交叉点位置的弹性体连接层恢复原态，从而释放出上述空白区，空白区域周边的细胞将向空白区中迁移，记录下不同时刻空白区域的变化(面积变化、形状变化等)便可以对细胞的迁移行为进行研究。