[发明专利]一种双层微孔芯片、双层微孔芯片制备方法及生物装置

说明书

本发明提供的双层微孔芯片，包括第一微孔结构层以及与所述第一微孔结构层连接的第二微孔结构层，所述第一微孔结构层包括若干个第一层微孔，所述第二微孔结构层包括若干个第二层微孔，所述第一层微孔的孔径以及所述第二层微孔的孔径均保持一致，所述第一层微孔的孔径及所述第二层微孔的孔径由小到大，且任意一个所述第二层微孔具有仅可容纳一个样本的形状以及尺寸，本发明提供的双层微孔芯片，所述第一层微孔的孔径及所述第二层微孔的孔径由小到大设计减少了层与层之间的压力差，防止了微孔芯片的堵塞，保证了高通量且通过第一层微孔的截留筛选，提高了筛选捕获的信噪比以及筛选能力。另外，本发明还提供了上述双层微孔芯片制备方法以及包括上述双层微孔芯片的生物装置。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种双层微孔芯片、双层微孔芯片制备方法及生物装置。

背景技术

细胞异质性研究在人类疾病治疗中一直是一项重要的课题，举例来说，多能性干细胞虽可应用于疾病治疗和再生医学等领域，但由于其细胞功能上的异质性，让多能干细胞一直难以稳定的进行细胞分化。另在癌症研究中，肿瘤组群内一小群被称为【肿瘤干细胞】的细胞被认为是造成肿瘤对化疗药物产生抗药性的主要原因。如果能够精确的分析出每种细胞之间的异质性，将有助于简化复杂的生物现象，并提供疾病治疗新的方向。然而单细胞的分析不同于整个细胞群体，在实验工具上更加具有挑战性。传统的单细胞实验的进行往往依赖于有限稀释法(limiting dilution)或者流式细胞仪(FACS)来完成。

近年来，已经有诸多微流控芯片装置利用不同的原理进行单细胞的筛选以及分析，例如微液滴(microdroplets)、介电泳(dielectrophoresis)、流体动力学(hydrodynamics)以及微孔阵列(microwell array)等方式。对于需要进行单细胞培养的应用而言，微液滴细胞培养法能够快速地提供单细胞培养空间，此方法是通过油性介质的分离，将单细胞包裹在细胞培养液滴内进行培养。然而液滴内的细胞培养液在液滴形成之后就无法被置换了，此方法不适用于过程中需要更换培养液的细胞实验，且液滴中也缺乏能够让细胞附着的基质，故无法应用于贴附型细胞的培养。反而微孔设计的芯片能够应用于贴壁或者悬浮的细胞的筛选以及培养。此设计只需要在有孔洞状的结构中，而操作上只需要使用流体力学或者重力的方式就将细胞置入微孔内。然而为了让细胞拥有足够的生长空间，微孔的设计尺寸通常必须远大于一个单细胞的大小，导致了单细胞筛选效率普遍下降了10-30％。目前技术使用的单一微孔所造成的的单细胞捕获效率的降低与有限稀释法都是由于泊松分布的限制。

微孔的设计尺寸需要远大于一个单细胞的大小，导致单细胞的筛选效率大大降低，另外使用的单一微孔进行单细胞捕获的技术其芯片或者系统的流量无法得到精确控制，会导致单细胞筛选的过程中出现目标细胞的丢失导致筛选效率的降低。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种单细胞的筛选效率高的双层微孔芯片。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供了一种双层微孔芯片，包括：第一微孔结构层以及与所述第一微孔结构层连接的第二微孔结构层，所述第一微孔结构层包括若干个第一层微孔，所述第二微孔结构层包括若干个第二层微孔，所述第一层微孔的孔径以及所述第二层微孔的孔径均保持一致，所述第一层微孔的孔径及所述第二层微孔的孔径由小到大，且任意一个所述第二层微孔具有仅可容纳一个样本的形状以及尺寸。

在其中一些实施例中，所述第一微孔结构层与所述第二微孔结构层一体成型，所述第一微孔结构层的厚度为0.5-20um，所述第二微孔结构层的厚度为20-60um。

在其中一些实施例中，所述第一层微孔均匀间隔分布在所述第一微孔结构层上，所述第二层微孔均匀间隔分布在所述第二微孔结构层上。

在其中一些实施例中，所述第一微孔结构层以及所述第二微孔结构层中微孔的孔隙率为3-10％。