一种微流控单细胞芯片及气液暴露颗粒物毒性分析方法技术

本发明专利技术涉及单细胞分析技术领域，尤其涉及一种微流控单细胞芯片及气液暴露颗粒物毒性分析方法，该芯片包括液体入口、气体入口、多个并列的单细胞捕获阵列，多个单细胞捕获阵列共用一个出口，单细胞捕获阵列包括蛇形设置主通道，相邻的两行节段之间设有多个捕获阱

【技术实现步骤摘要】
一种微流控单细胞芯片及气液暴露颗粒物毒性分析方法


[0001]本专利技术涉及单细胞分析
，具体为一种微流控单细胞芯片及气液暴露颗粒物毒性分析方法。

技术介绍

[0002]体外细胞实验是研究大气颗粒物毒性的重要手段。传统体外细胞实验手段多是使用多孔板细胞培养检测大气颗粒物诱导的细胞群体平均响应值用来评估大气颗粒物的毒性，不能分析单细胞响应值。然而，细胞的异质性是普遍存在的生物学现象，而且变化最为显著的单个或数个细胞往往能揭示重要的生物学效应。因此，研究大气颗粒物诱导的单细胞在基因型和表现型等多个层面的异质性对于了解大气颗粒物的毒性和生物学效应至关重要。
[0003]流式细胞仪可分析单细胞信号但不能提供特定单细胞的动态响应。微流控技术的发展，为捕获单细胞和追踪单细胞的时间动态响应提供了很好的技术手段。微流控技术是一种在微米尺度通道中操纵和控制微流体的技术,具有微量、高效、高通量和自动化的优点。同时，微加工技术提供了制造与单细胞大小相似的微结构的方法，为准确捕获和鉴定单细胞提供可能。
[0004]专利CN105441307A描述了一种单细胞捕获芯片，该芯片包含液流层、弹性膜层和驱动结构，通过预置细胞空穴，实现了高效率单细胞捕获，并且被捕获细胞不易从捕获位点脱离。但是该芯片需要配置弹性膜和驱动结构，微加工工艺复杂，成本较高。专利CN110004043B描述了一种单细胞捕获微流控芯片，该芯片只有单层，加工工艺简单，通过设置合理的分散柱、缓冲柱和捕获阱等结构，能够实现细胞载流液的均匀进样。细胞在流体剪切力条件下能够稳固在捕获阱中，不易流出。但是该装置的单位面积芯片可容纳的捕获单元有限，造成细胞捕获通量受限。相关文献描述了一种单细胞捕获阵列芯片装置(Environmental Science&Technology,2020,54,13121
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13130)，该芯片具有多个包含捕获阱和腔室的单元，每个单元由前方捕获阱和后方腔室组成。该芯片利用流体力学原理，可以使细胞被捕获在捕获阱的位置，通过在入口施加一定压力可以使细胞固定在后方腔室中，从而在后续使用颗粒物溶液刺激细胞时不会造成细胞流失。但是在将细胞从捕获阱推入腔室过程中，细胞容易从腔室后方流通管道逃逸，造成该芯片装置单细胞的捕获效率较低。
[0005]而且目前已公开的技术中，都没有涉及到气液暴露颗粒物毒性分析方法，以上方法的单细胞捕获微结构设计均不能达到在气液暴露过程中保证细胞仍浸于细胞培养液中，这一技术局限容易导致毒性分析结果产生较大偏差。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种微流控单细胞芯片及气液暴露颗粒物毒性分析方法。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种微流控单细胞芯片，包括液体入口、气体入口、多个并列的单细胞捕获阵列，多个单细胞捕获阵列共用一个出口，单细胞捕获阵列包括蛇形设置的主通道，相邻的两行节段之间设有多个捕获阱
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腔室单元，捕获阱
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腔室单元包括连通的细胞捕获阱、前限制通道和细胞培养腔室，细胞捕获阱的入口与上一行节段连通，细胞培养腔室的中部连通有后限制通道，后限制通道与下一行节段连通。
[0009]优选的，后限制通道设有两个。
[0010]优选的，两个后限制通道对称设置。
[0011]优选的，后限制通道的入口位于同一水平高度。
[0012]优选的，令细胞捕获阱的横向长度为H1，纵向长度为H2，深度为H3，尺寸满足：细胞捕获阱的深度H3大于细胞捕获阱的横向长度H1，且横向长度H1和深度H3均大于单个细胞的直径，纵向长度H2大于或者等于横向长度H1。
[0013]优选的，前限制通道的横向长度H4小于细胞捕获阱的横向长度H1，前限制通道的纵向长度H5小于细胞捕获阱的纵向长度H2，前限制通道的深度H6小于细胞捕获阱的深度H3，且前限制通道的深度H6小于单个细胞的直径。
[0014]优选的，细胞培养腔室的横向长度H7大于细胞捕获阱的横向长度H1，细胞培养腔室的的纵向长度H8满足H8大于细胞捕获阱的纵向长度H2，细胞培养腔室的深度H9满足H9大于单个细胞的直径。
[0015]优选的，限制通道的横向长度H10小于细胞捕获阱的横向长度H1，后限制通道的纵向长度H11满足H11小于细胞捕获阱的纵向长度H2；后限制通道的深度H13满足H13小于后限制通道的H3，且小于单个细胞的直径。
[0016]一种微流控单细胞芯片在气液暴露颗粒物毒性分析中的应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术一种微流控单细胞芯片微流控单细胞芯片采用并联捕获阱
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腔室单元的方法，提高了单位面积可容纳的捕获
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腔室单元，从而保证了芯片具有足够高的细胞捕获量。
[0019]微流控单细胞芯片设置了气体和液体两个流路入口，避免了在流路切换过程中产生不必要的错误如造成入口破裂。同时，芯片根据流体动力学原理，利用剪切力捕获单细胞，操作简单、成本低、功能实现较好。
[0020]本专利技术一种微流控单细胞芯片通过设置细胞培养腔室培养液从腔室中间两侧流出，实现了在气液暴露过程中仍能使细胞浸于培养液中。
[0021]本专利技术一种微流控单细胞芯片通过设置细胞腔室培养液从腔室中间两侧流出，可保证在将细胞从捕获阱推入腔室过程中细胞不会从腔室逃逸，从而提高了细胞的捕获效率。同时该设置也可实现在气液暴露引入颗粒物的过程中，既能保证细胞与颗粒物产生接触，又能保证细胞在此过程中浸于细胞培养液，可避免细胞由于无培养液引起的亚健康状态而导致的毒性响应结果偏差。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供的一种微流控单细胞芯片整体示意图；
[0023]图2是本专利技术提供的一种微流控单细胞芯片里的捕获阱
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腔室单元俯视图。
[0024]图3是本专利技术提供的一种微流控单细胞芯片里的捕获阱
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腔室单元三维结构图。
[0025]图中，11、液体入口；12、气体入口；13、单细胞捕获阵列；14、出口；111、捕获阱；112：前限制通道、113：细胞培养腔室、114：侧限制通道。
具体实施方式
[0026]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0027]本专利技术公开了一种微流控单细胞芯片，参照图1，包括液体入口、气体入口、多个并列的单细胞捕获阵列，多个单细胞捕获阵列共用一个出口，单细胞捕获阵列包括以多行节段蛇形设置的主通道，相邻的两行节段之间设有多个捕获阱
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腔室单元，捕获阱
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腔室单元包括连通的细胞捕获阱、前限制通道和细胞培养腔室，细胞捕获阱的入口与上一行节段连通，细胞培养腔室的中部连通有后限制通道，后限制通道与下一行节段连通。其中，后限制通道设有两个，且对称设置，后限制通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控单细胞芯片，其特征在于，包括液体入口、气体入口、多个并列的单细胞捕获阵列，多个单细胞捕获阵列共用一个出口，单细胞捕获阵列包括以多个节段蛇形设置的主通道，相邻的两行节段之间设有多个捕获阱
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腔室单元，捕获阱
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腔室单元包括连通的细胞捕获阱、前限制通道和细胞培养腔室，细胞捕获阱的入口与上一行节段连通，细胞培养腔室的中部连通有后限制通道，后限制通道与下一行节段连通。2.根据权利要求1所述的微流控单细胞芯片，其特征在于，后限制通道设有两个。3.根据权利要求2所述的微流控单细胞芯片，其特征在于，两个后限制通道对称设置。4.根据权利要求2所述的微流控单细胞芯片，其特征在于，后限制通道的入口位于同一水平高度。5.根据权利要求1所述的微流控单细胞芯片，其特征在于，令细胞捕获阱的横向长度为H1，纵向长度为H2，深度为H3，尺寸满足：细胞捕获阱的深度H3大于细胞捕获阱的横向长度H1，且横向长度H1和深度H3均大于单个细胞的直径，纵...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佛傍，杨舒淇，杨旭，何炽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：