[发明专利]流量法控制两种动态生化信号快速切换刺激的微流控剪切装置

说明书

技术领域

本发明属于细胞生物学实验装置技术领域，是基于流体力学、微流控芯片技术设计的用于分析微流动环境定量调控离体贴壁细胞的生物学行为及其机制的细胞生物学研究实验装置。

背景技术

细胞微流动环境与细胞相互作用的研究日益成为细胞生物学领域的研究热点之一。在体细胞微流动环境中包含多种浓度随时间变化的动态生化因子，即动态生化信号，因此，在体细胞承受微流动产生的剪应力以及多种动态生化信号的联合作用，其生命过程和行为受微流动环境的调控。为离体培养的细胞单独或组合加载生物力学和多种生化信号是研究复杂微流动环境与细胞相互作用的前提。高度、横向和纵向几何尺寸在微米、毫米或厘米量级的微流控芯片技术是构建离体培养细胞微流动生物力学和生物化学环境的重要实验工具，在细胞生物学研究工作中得到了广泛使用。然而在基于微流控芯片的细胞生物学研究中，人们大多使用静态的生物力学和生化信号刺激离体培养细胞，使用的实验装置无法同时加载剪应力与不同动态生化信号的组合切换刺激。少数能产生动态生化信号的实验装置，采用脉冲编码调制(PCM)器、浓度数模转化器(C-DAC)等方法，不仅微流控芯片结构复杂，而且控制过程困难。因此迫切需要一种新型的能简易方便地产生动态生化信号、并能对离体培养的细胞精确加载剪应力和不同动态生化信号的组合切换刺激的离体细胞生物学实验装置。

发明内容

本发明提供一种新型的用于细胞生物学研究的实验装置，设计中巧妙地将流体力学原理和微流控技术结合，使得装置设计结构简单，控制过程方便，可通过软件编程自动控制产生动态生化信号，不仅可为体外细胞加载剪应力与两种不同的动态的生化刺激，更好地模拟细胞的在体环境，而且通过流量控制能切换刺激细胞的生化因子和调控生化因子浓度，实现对离体培养细胞微流动环境的定量调控。

本发明的技术方案如下：

一种流量法控制两种动态生化信号快速切换刺激的微流控剪切装置，该装置包括动态生化信号产生装置和微流控芯片两部分，主要由可编程注射泵、注射器、双通接口、硅胶管、三通接口、液体进口A、液体进口B、Y型微通道、液体出口构成。

动态生化信号产生装置包括四组可编程注射泵和注射器，注射器包括溶质A注射器、溶剂A注射器、溶剂B注射器、溶质B注射器，每个注射器的活塞凸缘固定在注射泵的推动块上，注射管用夹钳固定在注射器固定块的V型槽内，通过计算机控制推动块的运动实现流量的定量调控。溶质A注射器和溶剂A注射器通过双通接口和硅胶管连接到三通接口，构成了生成溶液A的动态生化信号产生装置。溶剂B注射器、溶质B注射器通过双通接口和硅胶管连接到三通接口，构成另一个生成溶液B的动态生化信号产生装置。微流控芯片是透明的玻璃-PDMS芯片，具有良好的生物相容性，集成了液体进口A、液体进口B、Y型微通道和液体出口。

以溶液A为例阐述生成含有动态生化因子(溶质A)生化信号的原理。如图3所示，Q_A1、Q_A2和Q_A分别表示溶质A、溶剂A和溶液A的流量，C_A1、C_A2和C_A分别表示溶质A、溶剂A和溶液A的生化因子浓度，溶剂A中不含生化因子，所以C_A2＝0，根据质量守恒定律和流体连续性得：

Q_A1+Q_A2＝Q_A

(1)

Q_A1C_A1＝Q_AC_A

由式(1)得：

QA1=QACACA1---(2)]]>