[实用新型]一种微流控芯片以及微流控细胞实验平台

说明书

本实用新型提供一种微流控芯片以及微流控细胞实验平台，微流控芯片包括基底、电极层图案以及微阱阵列，所述微阱阵列包括具有宽度为第一尺寸的多个第一微阱、具有宽度为第二尺寸的多个第二微阱和具有宽度为第三尺寸的多个第三微阱，所述第一微阱位于所述微流控芯片的上游区域，所述第三微阱位于所述微流控芯片的下游区域，所述第二微阱位于所述第一微阱和第三微阱之间。本实用新型微流控芯片可以捕获不同大小的细胞，当细胞流过微流控芯片时，不同大小的细胞能够被捕获在不同大小的微阱中，实现不同细胞大小的独立分区，得到较为全面的单细胞捕获样本，为下游的细胞尺寸异质性研究提供强有力的支撑。

技术领域

本实用新型涉及微纳加工和生命科学交叉的技术领域，尤其涉及一种微流控芯片以及微流控细胞实验平台。

背景技术

微流控芯片，又称为芯片实验室(lab on a chip)，是一种借助微机电系统(MicroElectron Mechanical System)加工工艺制造出的实验芯片，具有在几平方厘米甚至更小的面积上对微量流体进行操控、分析的能力。微流控芯片设有多个像素单元，其具有高通量、集成化、微型化且芯片尺寸小易于携带等优势，其在医疗诊断、生化分析、司法鉴定、药物筛选、基因研究、环境监测等方面具有非常广阔的应用前景。

采用微流控技术不仅可以减少试剂或者样品的损耗，还能够缩小研究尺度。对于细胞研究，利用微流控芯片可以达到单细胞甚至是亚细胞水平的分析。短短十几年内，微流控芯片已经成为国内外最前沿的研究领域之一，特别是在与单细胞相关的研究中，微流控芯片被认为是最具发展潜力的高通量单细胞分析平台。

经过长期的研究，人们发现即使是同种细胞也存在着个体差异性，这种性质被人们称之为细胞异质性。对于群体细胞地研究我们只能得到一群细胞的平均值，往往会掩盖细胞个体之间的差异。研究细胞的异质性可以让我们更好的了解细胞，例如研究癌症细胞的异质性我们就可以针对每个癌症患者的细胞特性进行个性化治疗。

介电电泳(Dielectrophoresis，DEP)是一种基于电泳技术发展出的技术，是一种特殊的电泳，也被称作双向电泳。介电电泳指的是中性粒子在带有非匀强电场的液体中相对液体进行运动的现象。利用介电电泳，我们可以设计出不同的结构，外加高频电场使细胞在微流控芯片内定向移动。目前，对于大规模的单细胞分选存在着流式荧光细胞分选、磁珠分选、利用微结构筛选等技术。相较于前几种手段，介电电泳是一种高通量、不需要特殊标记、对细胞无接触无损伤的细胞分选方法。

现有技术利用介电电泳能够同时和/或分别捕获上千颗同种类细胞，并且根据细胞的不同大小在尺寸上进行一定分类的微流控芯片，根据细胞实验图像通过数据分析软件对芯片的效能进行分析。这种芯片可以极大地提高生物学上研究单细胞的效率，同种细胞在不同尺寸下细胞状态和生命周期往往不同，能够将同种细胞通过大小进行筛分对于下游的细胞异质性研究有着非常大的意义。

但对于细胞的研究，人们发现即使是同种类细胞，也会存在个体间的差异，即为细胞的异质性。因此，考虑细胞异质性的单细胞研究对现代细胞生物学的发展具有重要意义。高通量的单细胞操控技术在单细胞研究中扮演着重要的角色，微流控芯片是一种重要的单细胞操控的工具。

通过观察发现，即使是同种细胞在相同条件下培养，由于细胞异质性，细胞间也存在着明显的尺寸差异，这种差异性在一定程度上会影响到单细胞研究。如图1所示，同一批次培养的细胞(以LWnt3A(小鼠皮下结缔组织细胞)细胞为例)在微流控芯片上也有着肉眼可见的尺寸差异，这种尺寸异质性会导致单细胞分析的误差。

在图1所示的中随机选取100个细胞，对他们进行直径分析，

我们在图1所示的这块芯片上随机选取了100个细胞，统计他们的直径，直径分布如图2所示。

现有基于介电电泳捕获细胞的微流控芯片，仅能抓取直径较大或较小的细胞，这样造成细胞样品缺乏完整性，故有必要设计一种新型的微流控芯片。

发明内容