一种单细胞水平的代谢检测芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单细胞水平的代谢检测芯片。所述单细胞水平的代谢检测芯片包括一个以上培养检测单元，每一培养检测单元包括液流层、气动控制层以及透气弹性膜，所述透气弹性膜设置于所述液流层和气动控制层之间，所述液流层包括一条以上液流管道，至少一液流管道底部分布有一个以上捕获单元，所述气动控制层至少用于驱使透气弹性膜产生趋向液流层的形变和/或位移，从而使透气弹性膜与选定捕获单元配合捕获从与选定捕获单元相应液流管道内流经的流体所携带的至少一个具有溶氧和/或pH检测功能的微球或单细胞。本实用新型专利技术的检测芯片可以探究单细胞在不同溶氧梯度下的生长状态以及代谢情况，实现对溶氧和酸度变化情况的实时检测。

A single cell level metabolic detection chip

The utility model discloses a single cell level metabolic detection chip. The single cell level metabolic detection chip comprises more than one culture detection unit, each culture detection unit comprising a liquid flow layer, a pneumatic control layer and a permeable elastic membrane arranged between the liquid flow layer and the pneumatic control layer, the liquid flow layer comprising more than one liquid flow pipeline and at least one liquid flow. More than one capture unit is arranged at the bottom of the pipeline, and the pneumatic control layer is at least used to drive the gas permeable elastic film to produce deformation and/or displacement toward the liquid flow layer, so that the permeable elastic film cooperates with the selected capture unit to capture at least one soluble fluid carried from the fluid flowing through the pipeline corresponding to the selected capture unit. Oxygen and / or pH detect microspheres or single cells. The detection chip of the utility model can explore the growth state and metabolism of a single cell under different dissolved oxygen gradients, and realize the real-time detection of dissolved oxygen and acidity changes.

【技术实现步骤摘要】
一种单细胞水平的代谢检测芯片
本技术涉及一种单细胞水平的代谢检测芯片，尤其涉及一种能够检测在不同溶氧梯度下单细胞生长及代谢情况的芯片，属于微流控芯片及生物

技术介绍
细胞是生物体结构和功能的基本单位。大多数的研究往往以细胞群体作为研究对象，得到的结果是整个细胞群或组织层面的宏观表征。但是，同种细胞的不同个体间存在着显著的微观不均一性(异质性),基于大量细胞的实验结果难以反映单细胞水平上的生命活动规律。因此迫切需要研发基于单细胞的培养及分析方法，用来研究不同细胞个体间的差异性，了解细胞的遗传与代谢机制。从大量细胞中获得单个细胞是进行单细胞培养与分析的第一步。传统的单细胞获取方法常采用对细胞群进行大量稀释或者显微操作的方法来进行。整个操作步骤复杂繁琐，单细胞获得效率低。氧气在细胞功能和行为中扮演着重要的地位。细胞的生长速率和代谢以及蛋白的合成很大一部分取决于培养基中氧气的水平。在人体中，氧化的水平非常的重要。当改变氧的含量，从富氧到低氧再到无氧，会发生强烈的生物反应。有研究表明，低氧可以促进再生干细胞的增殖。然而，低氧也可以导致病理学的产生，包括炎症、肿瘤的产生以及心血管疾病等。因此研究在不同的溶氧条件下单细胞生长状态以及代谢情况非常重要。目前，在低氧环境中研究细胞行为的方法有缺氧工作站及缺氧小室，但是这些不能形成氧气浓度梯度。为了满足以上需要，各种微流体装置已经被开发用于单细胞的捕获以及严格控制氧气量。微流控技术为研究溶氧梯度的微环境提供了优秀的平台。目前已经有很多研究细胞在不同氧浓度下的行为状况。例如2011年，Chen,etal.报道了一种用于细胞培养的氧浓度梯度芯片，在细胞处于氧浓度梯度的情况下检测了缺氧情况下抗肿瘤药物替拉扎明(TPZ)对肿瘤细胞的影响。然而，现在的技术往往研究的是不同氧浓度梯度下细胞整个群体的行为。因此，他们并没有研究同一培养物中不同个体细胞之间的代谢特征的异质性，没有探究单个细胞在不同氧浓度下的行为。显而易见的是基于大量细胞的实验结果难以反映单细胞水平上的生命活动规律。2012年，LaimonasKelbauskas,etal.报道了一种研究单细胞水平下氧的消耗速率的芯片。该芯片可以通过利用微室将细胞进行分离，然后利用非接触的压电配液机器人将氧敏感染料滴入微室内，接着将小室密封，这样就可以测出单细胞水平下氧的消耗。该芯片虽然通量高，但是氧敏感检测手段复杂。进一步的，该课题组在2017年报道了单细胞水平下氧和pH的变化情况，该方法揭示了具有异常能量产生概况的细胞亚群，并且可以确定对电子转移链抑制剂和离子解偶联剂的细胞应答可变性，同样的该方法所用到的仪器较昂贵，检测手段制作过程复杂。有鉴于此，有必要提供一种可以研究不同的溶氧梯度下单细胞水平的生命活动规律的芯片，同时对溶氧条件进行实时检测。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种单细胞水平的代谢检测芯片，以克服现有技术的不足。为实现前述目的，本技术采用的技术方案包括：本技术实施例提供了一种单细胞水平的代谢检测芯片，其包括一个以上培养检测单元，每一培养检测单元包括液流层、气动控制层以及透气弹性膜，所述透气弹性膜设置于所述液流层和气动控制层之间，所述液流层包括一条以上液流管道，其中至少一液流管道底部分布有一个以上捕获单元，所述气动控制层至少用于驱使透气弹性膜产生趋向液流层的形变和/或位移，从而使透气弹性膜与选定捕获单元配合捕获从与选定捕获单元相应液流管道内流经的流体所携带的至少一个具有溶氧和/或pH检测功能的微球或单细胞。与现有技术相比，本技术的有益效果包括：1)本技术提供的单细胞水平的代谢检测芯片结构简单设计合理，首先利用微柱阵列卡住所需要研究的单细胞，可以较高的捕获住单细胞，且捕获的细胞不易脱落；同时，利用设计的不同氧浓度梯度产生结构，来探究单细胞在不同溶氧梯度下的生长状态以及代谢情况，同时实现在单细胞培养过程中对溶氧和酸度变化情况的实时检测，为研究单细胞水平上的生命活动规律提供了一种方案；进一步的也可以用来研究单细胞在不同溶氧条件下与药物的相互作用；2)本技术提供的单细胞水平的代谢检测芯片集成了单细胞捕获、溶氧调控与溶氧和酸度检测于一体，制作工艺简单，单位面积上集成的单元数量也能大幅提高，具有更高的培养分析效率。附图说明为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅作为本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是本技术一典型实施例中单细胞水平的代谢检测芯片的俯视图。图2是图1中单细胞水平的代谢检测芯片中A部分的局部放大示意图。图3是图1中单细胞水平的代谢检测芯片沿线B-B的剖面结构示意图。图4是本技术一典型实施例中单细胞水平的代谢检测芯片中形成的溶氧梯度示意图。附图标记说明：110-液流层，1101-液流管道，120-气动控制层，130-透气弹性膜，1201、1202、1203、1204-气动控制管道，1301-微柱，1001-溶氧检测微球，1002-pH检测微球，1000-单细胞。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案，其主要是首先利用微柱结构卡住所需要研究的单细胞，然后利用设计的不同氧浓度梯度产生结构，可成功探究单细胞在溶氧梯度下的生长及代谢情况，为研究单细胞水平上的生命活动规律提供了一种方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种单细胞水平的代谢检测芯片，其包括一个以上培养检测单元，每一培养检测单元包括液流层、气动控制层以及透气弹性膜，所述透气弹性膜设置于所述液流层和气动控制层之间，所述液流层包括一条以上液流管道，其中至少一液流管道底部分布有一个以上捕获单元，所述气动控制层至少用于驱使透气弹性膜产生趋向液流层的形变和/或位移，从而使透气弹性膜与选定捕获单元配合捕获从与选定捕获单元相应液流管道内流经的流体所携带的至少一个具有溶氧和/或pH检测功能的微球或单细胞。在一实施方案之中，所述气动控制层包括一条以上气动控制管道，其中至少一气动控制管道与至少一液流管道在一个以上的捕获区域处交叉，当向所述的至少一条气动控制管道通入具有设定压力的气体时，所述的至少一条气动控制管道能够驱使所述透气弹性膜在选定的捕获区域处产生所述的趋向液流层的形变和/或位移，所述选定的捕获单元分布于所述选定的捕获区域内。在一实施方案之中，在向所述至少一气动控制管道内通入含有氧气的流体时，至少在所述捕获区域处，所述至少一气动控制管道内的氧气能够透过透气弹性膜进入液流管道。在一实施方案之中，所述捕获单元包括分布于液流管道内的微柱阵列，所述微柱阵列包括复数个微柱，其中相邻的三个以上微柱围合形成一捕获空穴，所述捕获空穴用于捕捉所述的微球或单细胞。在一实施方案之中，所述培养检测单元还包括至少一微阀，每一微阀包括分布于所述气动控制层内的一气动控制管道，所述气动控制管道与一液流管道在选定位置处交叉，当向所述气动控制管道通入压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于包括一个以上培养检测单元，每一培养检测单元包括液流层、气动控制层以及透气弹性膜，所述透气弹性膜设置于所述液流层和气动控制层之间，所述液流层包括一条以上液流管道，其中至少一液流管道底部分布有一个以上捕获单元，所述气动控制层至少用于驱使透气弹性膜产生趋向液流层的形变和/或位移，从而使透气弹性膜与选定捕获单元配合捕获从与选定捕获单元相应液流管道内流经的流体所携带的至少一个具有溶氧和/或pH检测功能的微球或单细胞。

【技术特征摘要】
1.一种单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于包括一个以上培养检测单元，每一培养检测单元包括液流层、气动控制层以及透气弹性膜，所述透气弹性膜设置于所述液流层和气动控制层之间，所述液流层包括一条以上液流管道，其中至少一液流管道底部分布有一个以上捕获单元，所述气动控制层至少用于驱使透气弹性膜产生趋向液流层的形变和/或位移，从而使透气弹性膜与选定捕获单元配合捕获从与选定捕获单元相应液流管道内流经的流体所携带的至少一个具有溶氧和/或pH检测功能的微球或单细胞。2.根据权利要求1所述的单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于：所述气动控制层包括一条以上气动控制管道，其中至少一气动控制管道与至少一液流管道在一个以上的捕获区域处交叉，当向所述的至少一条气动控制管道通入具有设定压力的气体时，所述的至少一条气动控制管道能够驱使所述透气弹性膜在选定的捕获区域处产生所述的趋向液流层的形变和/或位移，所述选定的捕获单元分布于所述选定的捕获区域内。3.根据权利要求2所述的单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于：在向所述至少一气动控制管道内通入含有氧气的流体时，至少在所述捕获区域处，所述至少一气动控制管道内的氧气能够透过透气弹性膜进入液流管道。4.根据权利要求1-3中任一项所述的单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于：所述捕获单元包括分布于液流管道内的微柱阵列，所述微柱阵列包括复数个微柱，其中相邻的三个以上微柱围合形成一捕获空穴，所述捕获空穴用于捕捉所述的微球或单细胞。5.根据权利要求1-3中任一项所述的单细胞水平的代谢检测芯片，其特征在于：所述培养检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘明哲，王丹丹，罗丹，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32