一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其中微电极阵列包括由若干微电极构成的阵列区域；PCB板用于将各微电极分别与信号发生器或信号采集器连接并单独控制；培养容器壁底部密封固定于基底上，且微电极阵列的阵列区域位于培养容器壁内，电极板嵌于微流控模块底面一同设于培养容器壁内微电极阵列上，微流控模块上设有相互垂直的两个通道用于向电极间输入细胞悬液并控制溶液流动方向。本发明专利技术将单细胞操控与微电极阵列技术相结合，在微电极阵列上操控细胞，使得每个电极上有且仅有一个细胞，而且可以在电极之间精确转移细胞，固定细胞，且可记录单个细胞的电生理信号，研究细胞之间的连接和交流。流。流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置


[0001]本专利技术涉及单细胞研究领域，涉及一种微流控装置及其制作方法，尤其涉及一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置。

技术介绍

[0002]在单细胞测序、研究细胞迁移和细胞交流等科学研究中，通常需要对单个细胞进行分离和分析。对单个细胞位置的精准操控，有利于研究人员进行单细胞分析，揭示细胞个体间的差异。目前科研上常用的细胞操控的方法主要有介电泳操控、磁场操控、声波操控等。其中，磁控、声控由于其需要昂贵的设备和复杂的操作，应用并不广泛，目前还是介电泳操控占主流。然而传统的介电泳细胞操控主要利用线性插指电极，不仅需要微孔进行辅助，而且只能捕获大范围的细胞，不能对其进行精确控制。
[0003]微电极阵列是研究细胞通讯和收集细胞电生理信号最常用的工具。将神经细胞或心肌细胞直接培养在微电极阵列上即可记录其电生理信号，研究细胞间的连接和相互作用，揭秘细胞之间沟通交流的机制。然而由于细胞接种的分散性和随机性，不能确保一个电极对应一个细胞，通常会有多个细胞或者没有细胞在一个电极上，不利于对单细胞进行研究。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置；本专利技术将单细胞操控与微电极阵列技术相结合，在微电极阵列上操控细胞，使得每个电极上有且仅有一个细胞，而且可以在电极之间精确转移细胞，固定细胞。这样不仅可以对单细胞进行分离，分析，还可以记录单个细胞的电生理信号，研究细胞之间的连接和交流。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，包括：基底、微电极阵列、PCB板、培养容器壁、电极板、微流控模块；所述微电极阵列设置在基底上，包括由若干微电极构成的阵列区域；PCB板用于将所述阵列区域中的各微电极分别与信号发生器或信号采集器连接并单独控制；培养容器壁为筒状壁面，底部密封固定于基底上，且微电极阵列的阵列区域位于培养容器壁内，电极板嵌于微流控模块底面，二者呈一体结构设于培养容器壁内微电极阵列上，微流控模块上设有相互垂直的两个通道，两个通道均与电极板与微电极阵列之间的空间连通，每个通道在微流控模块上均设有入口和出口；电极板通过引线引出。
[0007]上述技术方案中，进一步地，所述微电极的尺寸为细胞半径，所述电极板的尺寸为毫米级。
[0008]进一步地，所述微电极阵列还包括引线区域，每个微电极通过一条引线引出，PCB
板上设有与各引线对应的电极。
[0009]进一步地，所述一体结构的制备方法包括如下：微流控模块是通过在基片上光刻制作模具，用PDMS倒模制成；在浇筑PDMS之前将电极板粘贴在光刻胶上，实现电极板嵌入。
[0010]进一步地，所述装置能够实现单细胞捕获、转移及监测，具体操作方法包括：
[0011]将电极板与信号发生器接地连接，PCB板将微电极与信号发生器连接；
[0012]将细胞悬浮于蔗糖溶液中，通过蠕动泵将细胞悬液注入到微流控通道内，对应的通道出口也利用蠕动泵等流速的吸出液体；
[0013]待细胞流动稳定后，利用信号发生器，在微电极阵列或任意所需微电极上施加电压，开始捕获细胞；由于电极板与所述微电极的尺寸差异，在竖直方向上产生不均匀电场，使细胞向微电极移动且每个微电极只能吸附一个细胞；
[0014]待目标细胞被捕获后，若需进行转移，则将过滤后的蔗糖溶液与两个微流控通道的入口均连接，利用蠕动泵控制溶液流动方向，将细胞所在的微电极取消施加电压，释放细胞，随着溶液流动，利用微流控两个垂直通道控制可以将细胞推到任意微电极位置，向目标微电极施加电压，当细胞流动到目标微电极附近时，便会被吸附，实现细胞转移；
[0015]在细胞捕获和/或转移后，将整个装置静置于细胞培养箱中让细胞贴壁；随后轻柔的取下所述一体结构，向培养容器壁内加入培养基，即可像在培养皿中培养细胞一样，正常观察和换液；
[0016]进入培养阶段后，不再需要信号发生器操控细胞，可以将PCB板与信号采集器连接，记录细胞生长发育中的电生理信号，真正实现一个微电极记录一个细胞的信号。
[0017]进一步地，在实验开始前应测定当前状态下最适临界电压，包括如下：组装完成后，保持温度、环境稳定，以固定流速缓缓通入细胞悬液，待细胞流动稳定，从0Vpp开始，以步长为间隔缓缓增大电压，直到出现微电极捕获到细胞，此时即为最适临界电压，施加在微电极上的电压应大于最适临界电压。
[0018]相比于传统的利用介电泳捕获细胞的装置，本专利技术的装置
①
既可以捕获细胞，还可以对细胞进行精确的转移操作，每个微电极独立控制，可更精准的操控细胞的位置；
②
设计了培养容器壁，可以简便的对细胞进行长期培养，方便观察细胞的生长发育过程；
③
结合微电极阵列，可以实时记录细胞的电生理信号，研究细胞生长发育与细胞间交流；
④
一个电极上有且仅有一个细胞，不会有其他细胞干扰，且当需要时则所有微电极均可被有效利用，不会有空电极，可极大提高效率，精确记录单个细胞的电生理。
附图说明
[0019]图1为本专利技术装置的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术装置细胞捕获的原理示意图；
[0021]图3为本专利技术装置实现单细胞转移的示图(显微镜拍摄图)；
[0022]图4为本专利技术装置的制备工艺及使用示意图；
[0023]图5为本专利技术中微电极阵列的一种结构示意图；
[0024]图6为本专利技术中微流控模块的一种结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实例对本专利技术的技术方案作进一步地详细说明。
[0026]本专利技术的一种单细胞捕获、转移和监测的微流控装置是将微电极阵列与微流控芯片结合，利用介电泳力进行细胞操控，实现单个细胞分离以及电生理信号记录。如图1所示为本专利技术的一种具体实例，在该实例的装置中，自下而上包括：玻璃基底，ITO微电极阵列，PCB板，培养容器壁，电极板和微流控模块；ITO微电极阵列设置在玻璃基底上，包括由若干微电极构成的阵列区域，还包括引线区域，每一个微电极通过一条引线引出；PCB板用于将所述阵列区域中的各微电极分别与信号发生器或信号采集器连接并单独控制；培养容器壁为筒状壁面，底部密封固定于基底上，且微电极阵列的阵列区域位于培养容器壁内，电极板嵌于微流控模块底面，二者呈一体结构设于培养容器壁内微电极阵列上，微流控模块上设有相互垂直的两个通道，两个通道均与电极板与微电极阵列之间的空间连通，每个通道在微流控模块上均设有入口和出口；电极板通过引线引出。其中，微电极阵列和电极板用于在竖直方向上产生一个不均匀的电场，通过介电泳力操控细胞；PCB板用于将微电极与信号发生器连接，控制电压和电场的产生，或将微电极与信号采集器连接；培养容器壁用于后期培养细胞，承载培养液；微流控模块用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其特征在于，包括：基底、微电极阵列、PCB板、培养容器壁、电极板、微流控模块；所述微电极阵列设置在基底上，包括由若干微电极构成的阵列区域；PCB板用于将所述阵列区域中的各微电极分别与信号发生器或信号采集器连接并单独控制；培养容器壁为筒状壁面，底部密封固定于基底上，且微电极阵列的阵列区域位于培养容器壁内，电极板嵌于微流控模块底面，二者呈一体结构设于培养容器壁内微电极阵列上，微流控模块上设有相互垂直的两个通道，两个通道均与电极板与微电极阵列之间的空间连通，每个通道在微流控模块上均设有入口和出口；电极板通过引线引出。2.根据权利要求1所述的基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其特征在于，所述微电极的尺寸为细胞半径，所述电极板的尺寸为毫米级。3.根据权利要求1所述的基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其特征在于，所述微电极阵列还包括引线区域，每个微电极通过一条引线引出，PCB板上设有与各引线对应的电极。4.根据权利要求1所述的基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其特征在于，所述一体结构的制备方法包括如下：微流控模块是通过在基片上光刻制作模具，用PDMS倒模制成；在浇筑PDMS之前将电极板粘贴在光刻胶上，实现电极板嵌入。5.根据权利要求1所述的基于微电极阵列的单细胞捕获、转移和监测的微流控装置，其特征在于，所述装置能够实现单细胞捕获、转移及监测，具体操作方法包括：将电极板与信号发生器接地连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：章洪永，王朋博，卞素敏，穆罕穆德萨万，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：