细胞筛选芯片及微流控联合芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种细胞筛选芯片及微流控联合芯片，所述细胞筛选芯片包括物理筛选单元及亲和性筛选单元，所述物理筛选单元包括n个并联的第一筛选腔室，n≥1，所述筛选管道内部设有多排立柱，相邻两个立柱间错开的距离d=1/3λ，同一排每相邻两个立柱间的间隙宽度G=λ‑2R，上一排立柱与下一排立柱夹角α=arctan1/3，其中λ指相邻两个立柱的中心距离，R指立柱的直径；所述亲和性筛选单元包括第二筛选腔室，所述第一排出通道的入口连接物理筛选单元，出口连接亲和性筛选单元。所述微流控联合芯片，包括物理筛选单元及亲和性筛选单元、细胞培养单元、阀门；可以对各种细胞的表型进行实时观测，免去了应用大型设备进行异种细胞分离，节省人力物力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于细胞筛选及细胞培养
，具体涉及一种用于细胞筛选的微流控芯片，以及能够同时实现细胞筛选及细胞培养的微流控联合芯片。
技术介绍
当前微流控芯片借助其成本低、设备小等优点被广泛应用到医学领域。特别是微流控技术还具有消耗样品量少、有较高的分辨精度及灵敏度、易于集成及微型化等优点被广泛地应用于循环肿瘤细胞分选研究中，并表现出良好的发展前景。目前的肿瘤细胞筛选方法为被动分选方法、主动分选方法以及多种分选方法。被动分选方法是依据不同种类的细胞在尺寸、密度、形状、可变形性及亲和性等物理、生物特性上各不相同进行分选，如微结构过滤、场流及水力分选、确定性侧向偏移、惯性分选、仿生分选及亲和性分选。主动分选方法是通过外力场对样品流中的细胞施加作用力，从而致使其分离，其分选精度往往高于被动分选技术，如介电泳分选、磁分选等。多级分选方法是将上述方法集中到一起将细胞进行分离。目前的微流控筛选平台主要是采用被动分离的方式，通常存在以下几个问题：（1）筛选通道易阻塞，导致筛选通量低，捕获率低，筛选特性不高；（2）被捕获的细胞难以被释放，即使释放的细胞无法保证细胞活性，影响细胞活性的表达；（3）筛选平台与共培养平台分离，导致操作过程繁琐复杂。
技术实现思路
本专利技术提供了一种集合了物理筛选与抗体亲和性筛选为一体的细胞筛选芯片，克服了筛选通量低，捕获率低，筛选特性不高的技术缺陷；还提供了一种集合了细胞筛选及细胞培养的微流控芯片，克服了筛选平台与共培养平台分离，操作过程繁琐复杂的技术缺陷。本专利技术的一种用于细胞筛选的微流控芯片，包括物理筛选单元及亲和性筛选单元，所述物理筛选单元包括n个并联的第一筛选腔室，n≥1，所述第一筛选腔室的入口连接第一灌入口，所述第一筛选腔室的出口同时连接第一废液收集通道和第一排出通道；所述筛选管道内部设有多排立柱，相邻两个立柱间错开的距离d=1/3λ，同一排每相邻两个立柱间的间隙宽度G=λ-2R，上一排立柱与下一排立柱夹角α=arctan1/3，其中λ指相邻两个立柱的中心距离，R指立柱的直径；所述亲和性筛选单元包括第二筛选腔室，所述第二筛选腔室的上游设有抗体灌入口、第二灌入口，下游设有第二废液收集通道、第二排出通道；所述第一排出通道的入口连接物理筛选单元，出口连接亲和性筛选单元。优选的相邻两个立柱的中心距离λ=0.057-0.075mm。为了改变第二筛选腔室内部的流体方式，使流体由层流变为湍流或者涡流，所述第二筛选腔室的顶部设有扰流层，所述扰流层由多个平行排列的扰流棒组成，相邻两个扰流棒之间的间距为100-300μm；所述扰流棒为直线结构或曲线结构。为了进一步增加第二筛选腔室内样本与抗体的接触率，提高特异性捕获率，所述扰流层呈鱼骨结构，每一个扰流棒包括依次连接的长波和短波，所述长波的垂直高度a等于两个扰流棒之间的距离b，所述短波的垂直高度c等于长波垂直高度a的一半。为了支撑整个腔室，防止其塌陷，所述第二筛选腔室的内部设有多个支撑柱。优选的第一废液收集通道或第二废液收集通道的形状为倒L形收集通道、箭头形收集通道或镜像倒L形收集通道；所述倒L形收集通道或箭头形收集通道与废液收集口连接处为漏斗型结构；所述镜像倒L形收集通道与废液收集口连接处为弧形结构。为了实现对样本细胞的特异性筛选，增加筛选的纯度，所述第二筛选腔室内部镶嵌有抗体；首先，将链霉亲和素包被到第二筛选腔室内，再将生物素化抗体灌入到第二筛选腔室内，孵化10-20min，使生物素化抗体与链霉亲和素结合，最后封闭通道。本专利技术的一种微流控联合芯片，包括所述的物理筛选单元、亲和性筛选单元，还包括细胞培养单元，以及控制亲和性筛选单元、细胞培养单元之间联通或阻断的阀门；所述亲和性筛选单元通过第二排出通道与细胞培养单元连接，所述阀门位于第二排出通道上。优选的阀门的结构为圆柱形小口，内部有可上下移动的橡胶管，上移橡胶管则阀门打开，细胞培养单元与亲和性筛选单元连通；下移橡胶管则阀门关闭，细胞培养单元与亲和性筛选单元断开。为了模拟实体状态下的细胞微环境，所述细胞培养单元包括营养液灌注单元、生物胶灌注单元及细胞培养室；为了保证营养液灌流通道中的小分子营养物质及化疗药物，以及各个细胞培养室中的细胞因子相互影响，三者之间通过微桥连通，所述生物胶灌注单元及微桥内灌注基质胶。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的一种细胞筛选芯片，具有多个并联的第一筛选腔室同时对细胞进行筛选，实现高通量筛选，并可以根据所需通量调整第一筛选腔室的数量。在第一筛选腔室中借助于物理方法对样本进行初筛，初筛完的样本灌注到亲和性筛选单元，利用抗体对样本进行特异性筛选，实现二次筛选，增加了筛选的纯度，捕获的细胞留在抗体筛选的表面，废液经废液收集口收集。再将略高浓度的抗体灌注到第二筛选腔室中，与已有的抗体竞争抗原表位，使细胞能够从包被到芯片上的抗体中释放出来，并且对细胞无任何损伤。本专利技术的一种微流控联合芯片，包括筛选单元和多个细胞培养单元，通过阀门控制两个单元的连通和断开，经筛选后的目标细胞进入到细胞培养单元，并且和多种细胞联合培养，多种细胞产生的生物因子可弥散至整个细胞培养平台，最大限度的模拟立体细胞在体内生长的微环境；应用此芯片可以对各种细胞的表型进行实时观测，免去了应用大型设备进行异种细胞分离，节省人力物力。附图说明图1. 本实施例的用于细胞筛选的微流控芯片的结构示意图；图2. 如图1中物理筛选单元的结构示意图；图3. 如图2中第一筛选腔室内部立柱的结构示意图；图4. 如图3中第一筛选腔室内部立柱的放大示意图；图5. 如图1中亲和性筛选单元的结构示意图；图6. 如图5中亲和性筛选单元顶部扰流层的一种结构示意图；图7. 如图6中亲和性筛选单元顶部扰流层的放大示意图；图8. 如图1中三种形状的第一及第二废液收集通道、第一及第二废液收集口的结构示意图；其中Ⅰ为L型收集通道及收集口，Ⅱ为箭头型收集通道及收集口，Ⅲ为镜像倒L型收集通道及收集口；图9. 本实施例的微流控联合芯片的三维示意图；图10. 本实施例的微流控联合芯片的结构示意图；图11. 如图10中细胞培养单元的结构示意图；图12. 如图11中营养液灌注单元的结构示意图；图13. 如图11中生物胶灌注单元的结构示意图；图14. 如图11中细胞培养室的结构示意图；图15. 实施例2的实验流程图；图中标注：物理筛选单元A，第一灌入口A1，第一灌入通道A2，第一筛选腔室A3，第一废液收集口A4，第一废液收集通道A5，第一排出通道A6；亲和性筛选单元B，抗体灌入口B1，第二灌入口B2，第二筛选腔室B3，第二废液收集口B4，第二排出通道B5，抗体灌入通道B6，第二废液收集通道B7，支撑柱B8；阀门C；细胞培养单元D，营养液灌注单元D100，营养液灌入口D101，营养液出口D102，生物胶灌注单元D200，生物胶灌入口D201，生物胶出口D202，第一细胞培养室D310，第二细胞培养室D320，第三细胞培养室D330，第一细胞及第三细胞入口D301，细胞通道D302，细胞培养小室D303，第一及第三细胞出口D304，第二细胞出口D305，微桥D6；进液柱G，负压吸引装置H。具体实施方式下面结合具体实施方式，以膀胱癌细胞为例，对本专利技术的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于细胞筛选的微流控芯片，其特征在于，包括物理筛选单元及亲和性筛选单元，所述物理筛选单元包括n个并联的第一筛选腔室，n≥1，所述第一筛选腔室的入口连接第一灌入口，所述第一筛选腔室的出口同时连接第一废液收集通道和第一排出通道；所述筛选管道内部设有多排立柱，相邻两个立柱间错开的距离d=1/3λ，同一排每相邻两个立柱间的间隙宽度G=λ‑2R，上一排立柱与下一排立柱夹角α=arctan1/3，其中λ指相邻两个立柱的中心距离，R指立柱的直径；所述亲和性筛选单元包括第二筛选腔室，所述第二筛选腔室的上游设有抗体灌入口、第二灌入口，下游设有第二废液收集通道、第二排出通道；所述第一排出通道的入口连接物理筛选单元，出口连接亲和性筛选单元。

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞筛选的微流控芯片，其特征在于，包括物理筛选单元及亲和性筛选单元，所述物理筛选单元包括n个并联的第一筛选腔室，n≥1，所述第一筛选腔室的入口连接第一灌入口，所述第一筛选腔室的出口同时连接第一废液收集通道和第一排出通道；所述筛选管道内部设有多排立柱，相邻两个立柱间错开的距离d=1/3λ，同一排每相邻两个立柱间的间隙宽度G=λ-2R，上一排立柱与下一排立柱夹角α=arctan1/3，其中λ指相邻两个立柱的中心距离，R指立柱的直径；所述亲和性筛选单元包括第二筛选腔室，所述第二筛选腔室的上游设有抗体灌入口、第二灌入口，下游设有第二废液收集通道、第二排出通道；所述第一排出通道的入口连接物理筛选单元，出口连接亲和性筛选单元。2.根据权利要求1所述的一种用于细胞筛选的微流控芯片，其特征在于，所述相邻两个立柱的中心距离λ=0.057-0.075mm。3. 根据权利要求1所述的一种用于细胞筛选的微流控芯片，其特征在于，所述第二筛选腔室的顶部设有扰流层，所述扰流层由多个平行排列的扰流棒组成，相邻两个扰流棒之间的间距为100-300μm；所述扰流棒为直线结构或曲线结构。4.根据权利要求3所述的一种用于细胞筛选的微流控芯片，其特征在于，所述扰流层呈鱼骨结构，每一个扰流棒包括依次连接的长波和短波，所述长波的垂直高度a等于两个扰流棒之间的距离b，所述短波的垂直高度c等于长波垂直高度a的一半。5.根据权利要求1所述的一种用于细胞筛选的微流控芯片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛海涛，王云超，王建宁，
申请(专利权)人：牛海涛，
类型：发明
国别省市：山东;37