一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法。屬于微流控芯片及單細(xì)胞分析技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]細(xì)胞個(gè)體差異性普遍存在于生物體中，既無(wú)法預(yù)知，又發(fā)生在少數(shù)個(gè)體上。細(xì)胞差異性對(duì)群落乃至生命體有重大影響，例如微量的循環(huán)腫瘤細(xì)胞存在于癌癥患者的外周血中，卻對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移起決定性作用。目前，單細(xì)胞分析常用流式細(xì)胞儀，需檢測(cè)大量細(xì)胞樣品，并對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，從而掩蓋了群落中少量細(xì)胞個(gè)體的行為和信息；此外，在多數(shù)情況下，對(duì)細(xì)胞樣品的檢測(cè)往往發(fā)生在當(dāng)細(xì)胞流經(jīng)檢測(cè)儀器時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上，所得數(shù)據(jù)只能反映細(xì)胞的瞬態(tài)信息，無(wú)法測(cè)得細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的動(dòng)態(tài)信息。
[0003]由此，動(dòng)態(tài)單細(xì)胞分析要求細(xì)胞的多種特性在培養(yǎng)過程中被連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，所獲信息可直接對(duì)應(yīng)到所監(jiān)測(cè)的細(xì)胞個(gè)體上。這個(gè)單細(xì)胞培養(yǎng)的過程，首先需要把細(xì)胞固定在特定的位置上生長(zhǎng)；需對(duì)微環(huán)境，特別是培養(yǎng)液的輸送有精確控制；需利用相關(guān)高精度的技術(shù)手段讀取細(xì)胞個(gè)體的動(dòng)態(tài)信息。隨著微流控技術(shù)在生物學(xué)、化學(xué)、和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于微流控器件的單細(xì)胞操縱、培養(yǎng)和分析技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，且成為新一代細(xì)胞研宄的重要平臺(tái)。為了在微流控器件中讀取細(xì)胞個(gè)體的信息，研宄其特性，來(lái)自于群落的細(xì)胞需要被分離、捕獲和培養(yǎng)，且需在細(xì)胞生長(zhǎng)過程中有精確的環(huán)境控制，例如培養(yǎng)液、藥物濃度、給樣時(shí)間、溫濕度等等。由此，基于微流控器件的單細(xì)胞分析技術(shù)的核心就是從細(xì)胞群落中分離和穩(wěn)定捕獲細(xì)胞個(gè)體，以供隨后的細(xì)胞培養(yǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，當(dāng)前的微流控單細(xì)胞分析領(lǐng)域，多數(shù)研宄者所設(shè)計(jì)制作的微流控芯片能夠捕獲一定數(shù)量的單細(xì)胞，但是，捕獲的均一性、精確性較低，且應(yīng)用領(lǐng)域僅針對(duì)懸浮的哺乳動(dòng)物細(xì)胞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域的缺失，本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)在細(xì)胞周期調(diào)控、生長(zhǎng)繁殖、凋亡等研宄領(lǐng)域常用的模式細(xì)胞一一柱狀的裂殖酵母細(xì)胞
(Schizosaccharomyces pombe)--捕獲并培養(yǎng)該細(xì)胞個(gè)體的微流控芯片，用于穩(wěn)定且均一地捕獲單個(gè)裂殖酵母細(xì)胞、提供細(xì)胞培養(yǎng)所需微環(huán)境、集成多種檢測(cè)功能、精確地監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的動(dòng)態(tài)過程，以供動(dòng)態(tài)單細(xì)胞分析。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供了一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法。其特征在于，該微流控芯片上加工有精密的瓶頸狀微結(jié)構(gòu)，稱之為細(xì)胞捕獲陷阱；利用流體動(dòng)力學(xué)原理，可在每個(gè)陷阱上垂直捕獲一個(gè)細(xì)胞，即柱狀裂殖酵母細(xì)胞恰好嵌入到瓶頸狀陷阱的頸部狹縫結(jié)構(gòu)中，使細(xì)胞以樹立的形式被捕獲；通過控制細(xì)胞懸浮液和細(xì)胞培養(yǎng)液的進(jìn)樣機(jī)制以及施加在流體通道上的壓強(qiáng)，捕獲后的細(xì)胞可在微流控芯片上長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地培養(yǎng)；輔以激光共聚焦顯微技術(shù)，可直接監(jiān)測(cè)細(xì)胞的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)繁殖過程。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法，該微流控芯片包括細(xì)胞捕獲陷阱、細(xì)胞培養(yǎng)通道、抽吸通道、細(xì)胞懸浮液入口、細(xì)胞培養(yǎng)液入口、抽吸口、廢液出口。所述細(xì)胞捕獲陷阱為一瓶頸狀結(jié)構(gòu)，位于所述細(xì)胞培養(yǎng)通道和抽吸通道之間，并連接兩者；一個(gè)細(xì)胞捕獲陷阱可在瓶頸狀陷阱的頸部狹縫微結(jié)構(gòu)處捕獲一個(gè)裂殖酵母細(xì)胞；所述細(xì)胞捕獲陷阱可延所述細(xì)胞培養(yǎng)通道集成多個(gè)陷阱，形成細(xì)胞捕獲陷阱陣列，陷阱總數(shù)為大于或等于I的整數(shù)。所述細(xì)胞培養(yǎng)通道一端連接有所述細(xì)胞懸浮液入口和所述細(xì)胞培養(yǎng)液入口，另一端連接有所述廢液出口。所述抽吸通道一端連接有所述抽吸口。
[0006]一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法，包含以下操作步驟:首先將注射器中預(yù)先加載的裂殖酵母細(xì)胞懸浮液及細(xì)胞培養(yǎng)液分別通過所述細(xì)胞懸浮液入口及細(xì)胞培養(yǎng)液入口以恒定流量泵入所述細(xì)胞培養(yǎng)通道；然后在抽吸口施加一較低壓強(qiáng)，該壓強(qiáng)須小于所述細(xì)胞培養(yǎng)通道中液流產(chǎn)生的壓強(qiáng)，此時(shí)，所述細(xì)胞培養(yǎng)通道中的懸浮細(xì)胞將被液流拖曳并被捕獲在所述細(xì)胞捕獲陷阱上；由于流體動(dòng)力的存在，柱狀裂殖酵母細(xì)胞會(huì)被樹立在陷阱的頸部狹縫處，以達(dá)到力學(xué)平衡，從而形成垂直捕獲這一獨(dú)特形式；在細(xì)胞捕獲之后，升高抽吸口施加的壓強(qiáng)，但該壓強(qiáng)依然小于所述細(xì)胞培養(yǎng)通道中液流產(chǎn)生的壓強(qiáng)，此時(shí)，細(xì)胞培養(yǎng)通道中的懸浮細(xì)胞不再被很大的壓強(qiáng)差拖曳流向細(xì)胞捕獲陷阱，同時(shí)又有足夠大的壓強(qiáng)差將垂直捕獲的細(xì)胞穩(wěn)定地保持在陷阱的頸部狹縫上。
[0007]進(jìn)一步地，所述細(xì)胞懸浮液入口與遠(yuǎn)離所述細(xì)胞捕獲陷阱半側(cè)的細(xì)胞培養(yǎng)通道的支路連接，所述細(xì)胞培養(yǎng)液入口與靠近所述細(xì)胞捕獲陷阱半側(cè)的細(xì)胞培養(yǎng)通道的支路連接，以實(shí)現(xiàn)上述細(xì)胞捕獲機(jī)制。
[0008]進(jìn)一步地，由于裂殖酵母細(xì)胞的直徑為4~5 μπκ長(zhǎng)度為7~16 μπι，所述細(xì)胞捕獲陷阱的頸部狹縫狀微結(jié)構(gòu)的寬度須小于細(xì)胞直徑，以防止細(xì)胞穿過狹縫，因此狹縫寬度設(shè)計(jì)為2~3 μ?? ;狹縫高度須大于細(xì)胞長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)為20~30 μπι，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供足夠的空間；為便于加工，所述細(xì)胞培養(yǎng)通道和抽吸通道的高度與狹縫微結(jié)構(gòu)的高度相同。
[0009]進(jìn)一步地，所述微流控芯片以玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等硬質(zhì)透明材料為襯底；以SU-8光刻膠、聚二甲基硅氧烷等為流體通道和細(xì)胞捕獲陷阱的加工材料；以聚二甲基硅氧烷、玻璃等為流體通道的密封鍵合材料。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:1)該微流控芯片利用精密微結(jié)構(gòu)和流體動(dòng)力學(xué)原理，精確地將柱狀裂殖酵母細(xì)胞樹立在瓶頸式捕獲陷阱的頸部狹縫上，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的垂直捕獲，該捕獲模式特別適合柱狀細(xì)胞，捕獲的穩(wěn)定性高，操作簡(jiǎn)單，可用于長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，研宄細(xì)胞周期調(diào)控、生長(zhǎng)繁殖、凋亡等生物過程；2)該微流控芯片使用了透明的加工材料，輔以激光共聚焦顯微鏡，可精確監(jiān)測(cè)細(xì)胞在垂直空間上生長(zhǎng)繁殖的動(dòng)態(tài)過程；3)該微流控芯片僅含有一層流體通道，加工方便。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)方案描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1顯示為本發(fā)明的垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片的平面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，101為瓶頸式細(xì)胞捕獲陷阱；102為瓶頸式細(xì)胞捕獲陷阱的頸部狹縫；103為細(xì)胞培養(yǎng)通道；104為抽吸通道；105為細(xì)胞懸浮液入口 ；106為細(xì)胞培養(yǎng)液入口 ；107為抽吸口 ；108為廢液出口 ；109為微流控芯片的流體通道層；110為微流控芯片的襯底。
[0013]圖2顯示為本發(fā)明的微流控芯片的一個(gè)陷阱捕獲一個(gè)裂殖酵母細(xì)胞的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，111為流體通道的密封鍵合層；112為柱狀裂殖酵母細(xì)胞。
[0014]圖3顯示為本發(fā)明的微流控芯片的三個(gè)細(xì)胞捕獲陷阱的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過其他不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的原理下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0016]請(qǐng)參閱圖1~圖3。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以例示方式說(shuō)明本發(fā)明的基本原理、組件結(jié)構(gòu)、工作過程及功效，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形成及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可改變，且其組件布局型態(tài)亦可更為復(fù)雜。
[0017]如圖1~圖3所示，本實(shí)施例提供一種垂直捕獲裂殖酵母細(xì)胞的微流控芯片及方法，該微流控芯片的基本結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞捕獲陷阱101、細(xì)胞培養(yǎng)通道103、抽吸通道104、細(xì)胞懸浮液入口 105、細(xì)胞培養(yǎng)液入口 106、抽吸口 107、廢液出口 108。所述細(xì)胞捕獲陷阱101為一瓶頸狀微結(jié)構(gòu)，位于所述細(xì)胞培養(yǎng)通道103和抽吸通道104之間，并連接兩者；一個(gè)所述細(xì)胞捕獲陷阱101可在其頸部狹縫微結(jié)構(gòu)102處捕獲一個(gè)裂殖酵母細(xì)胞112。所述細(xì)胞培養(yǎng)通