[发明专利]一种高通量微流控芯片、细胞分析装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械领域，更具体地，涉及一种高通量微流控芯片、细胞分析装置及方法。

背景技术

细胞是除病毒以外自然界所有已知生命体的基本单位，是一切生命活动的基础，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命的关键。细胞通过信号转导对其微环境识别与应答的能力对于生物体的发育、组织修复以及免疫等至关重要。细胞在受到不同化学药物刺激时会引发细胞响应的时空变化，调节细胞的电生理活性从而影响细胞的生长、分化以及维持细胞的生理平衡。

许多动态细胞内反应，比如蛋白质转运，蛋白质的相互作用，翻译后的修饰，胞内物质的扩散和运输等等，都需要高时空分辨的成像技术才能探测到。单细胞实时成像技术以其能够动态捕捉到单细胞的信号成为细胞和系统生物学的金方法。活细胞成像和单细胞动态分析技术极大的促进了我们对细胞免疫反应，细胞信号转导，细胞对药物的响应等过程的了解和认识。流式细胞术和多孔板细胞培养技术是两种细胞分析的传统技术。流式细胞术能够实现高通量单细胞细胞信号采集，但是其不能采集时间依赖的瞬时单细胞刺激信号。多孔板细胞技术能够实现大量细胞的实时刺激信号，但是其不能快速有效的采集单个细胞的信号且其不能快速改变细胞外环境。

微流控芯片技术以其微型化、集成化、自动化、高通量等优点，成为解决传统方法不足的有力武器之一。微流控芯片细胞培养技术能够实现对细胞外环境的精确控制，并且其培养细胞消耗很少。现有微流控细胞捕获技术能够基本实现单细胞捕获、刺激和单细胞动态信号采集，但也存在以下的缺点，1)细胞捕获芯片加工工艺复杂，常需要多层结构才能实现捕获细胞功能，2)细胞捕获通量不高，3)细胞捕获刺激实验结束后，细胞不能快速释放，进而不能实现重复捕获和刺激，4)细胞捕获芯片多为一次性的，不能重复使用，5)不能快速改变捕获细胞的微环境，且刺激时间不可控，刺激物单一，6)不能对捕获的细胞进行多模式刺激。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高通量微流控芯片、细胞分析装置及方法，其目的在于通过对微流控芯片的平面设计和压力操作，实现细胞重复捕获和刺激，由此解决现有的微流控芯片实现高通量细胞采集工艺复杂、通量不高技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微流控芯片，包括细胞观察池、刺激物通道、细胞引入通道、缓冲液通道和废液通道；所述细胞观察池底部有八字形微结构，八字形微结构的宽口朝向细胞观察池口部，其窄口朝向细胞观察池底部，所述刺激物通道与细胞观察池口部相连，所述细胞引入通道与细胞观察池侧面相连，连接处靠近口部，所述缓冲液通道与细胞观察池底部相连，所述废液通道与细胞观察池口部相连。

优选地，所述微流控芯片，其缓冲液通道为两条对称设置与细胞观察池两边的微管道。

优选地，所述微流控芯片，其刺激物通道为一条或多条。

优选地，所述微流控芯片，其刺激物通道为两条，对称设置在细胞观察池两边。

优选地，所述微流控芯片，其细胞引入通道为一条或多条。

按照本发明的另一方面，提供了一种应用所述的微流控芯片的细胞分析装置，包括所述微流控芯片、信号采集装置和电气比例转换阀，所述微流控芯片的刺激物通道、细胞引入通道、缓冲液通道和废液通道的入口端通分别与独立的电气比例转换阀相连，每个电气比例转换阀根据不同电信号，输出相应气压；所述信号采集装置，设置在细胞观察池处，用于采集细胞信号或对细胞进行成像。

按照本发明的另一方面，提供了一种应用所述细胞分析装置进行细胞分析的方法，包括以下步骤：

细胞捕获：增大细胞引入通道的电气比例转换阀的输出气压，使得细胞引入通道内压力大于细胞观察池，将细胞引入细胞观察池内，此时恢复细胞引入通道的电气比例转换阀至原状态并减小缓冲液通道的电气比例转换阀的输出气压，使得细胞观察池底部的八字形微结构捕获待观测细胞；

细胞刺激：增大刺激物通道的电气比例转换阀的输出气压，使得刺激物进入细胞观察池，对捕获的细胞进行刺激，当刺激时间结束，恢复刺激物通道的电气比例转换阀的输出气压至原状态，结束刺激；

细胞释放：增大缓冲液通道的电气比例转换阀的输出气压，维持废液通道的电气比例转换阀的输出气压低于其他通道，使得已捕获的细胞脱离细胞观察池底部的八字形微结构，进入废液通道。

优选地，所述细胞分析的方法，当所述微流控芯片有多条刺激物通道时，细胞刺激步骤增大一条或多条刺激物通道的电气比例转换法的输出气压。