提供了一种细胞芯片及其系统，它们能够通过机械刺激检测干细胞分化的最优条件。用于细胞分化实验的细胞芯片包括用于储存细胞和培养基的多个细胞室、用于将所述细胞和培养基传送到相应细胞室的细胞和培养基注入口、用于将注入到细胞和培养基注入口的细胞和培养基移动到所述细胞室的细道、用于注入施加到所述细胞室的气动压力的气动注入口，以及用于将通过所述气动注入口注入的气动压力传送到相应的细胞室的具有圆形膜的孔。这里，所述孔中的至少两个孔具有不同的面积以使施加到相应细胞室的气动压力的大小不同。因此，所述细胞芯片及其控制系统使不同刺激条件，例如施加具有不同大小、周期、频率、间隔以及占空比的机械刺激下的干细胞分化实验能够在单一的气动压力下同时进行。因此所述细胞芯片和控制系统能节约干细胞并减少实验时间。另外，所述细胞芯片可使用集成的微阀系统和电容压力传感器自动注入并更换细胞和培养基，并可实时地测量刺激的大小。进一步地，所述干细胞可被染色并放置在安装在系统中的荧光显微镜下以在单独的芯片状态中实时地观测分化步骤及细胞状态。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能够测试将千细胞，特别是间充质千细胞分化成骨和软骨的机械刺激条件的细胞芯片，以及所述细胞芯片可以可分离地固定到及应用到的自动细胞芯片控制系统。更具体地说，本专利技术涉及一种细胞芯片及其控制系统，它们能够通过在单次实验中反映不同的实验条件而快速并准确地检测干细胞分化的最优条件。
技术介绍
随着对使未分化的干细胞增殖并生长以获得足够数量的细胞的研究的推进，已进行了各种尝试以分化特定的细胞从而再生并取代各种受伤的组织或器官。特别地，已经提出了各种方法用于开发使用未分化的干细胞，如间充质干细胞而不受伦理争议及免疫应答影响的成年干细胞分化技术。在特定的分化环境下，骨髓中的间充质干细胞具有优秀的增殖能力以及分化成不同的组织，例如分化为骨、软骨、肌肉、脂肪、腱、韧带以及神经组织的潜力。骨/软骨分化是使用干细胞的组织工程和分化研究的最先进的领域。为了将干细胞分化为骨/软骨，已使用了生化分化诱导方法，在该方法中改变培养基的组分及/或使用不同的分化诱导物，例如转化生长因子(TGF)、骨形态发生蛋白(bone morphogenic protein, BMP )、成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)，细胞因子以及类似分化诱导物。最近，几个研究组已经开始研究由于各种机械因素，例如体液(bodilyfluid)所施加的剪切力、各种负荷(load)或外力所施加的压力、张力、外力所施加的变形力、细胞外基质的弹性变化等引起的干细胞分化。尽管与使用机械刺激将干细胞分化成骨/软骨细胞的过程的精确途径有关的理论还没有建立，但最近的研究已显示在使干细胞经受不同的刺激，例如经受静水压、动态压力、细胞变形、张力、液压压力与流动、电动力、对流、超声波等后，骨/软骨细胞分化标记，例如Sox9、胶原、GAGs和聚集蛋白聚糖的蛋白质合成与表达增加，而抗分化因子(anti-differentiation factor ) IL-1的表达^皮抑制。由于使用机械刺激的常规干细胞分化实验涉及细胞在培养皿中重复的培养与分化，这是昂贵的且很费力。也就是说，为了观测干细胞在不同机械条件下的变化，需要有大量的细胞、重复的细胞培养、用于每次实验的新的培养基、大的实验室以及昂贵的试剂和培养基。因此，为了改善人工细胞培养与机械刺激实验，需要一种使用不同的机构和微加工(micromachining)技术的新的装置和系统。特别地，最近提出的用于利用机械刺激的干细胞分化实验的基于气动压力的细胞芯片使用微机电系统(MEMS )技术以减少污染的相克率，实现超细且轻质的结构，并使用透明材料而允许目测。然而，用于利用机械刺激的干细胞分化实验的常规仪器仍需要单独的实验用于每次的机械刺激，这增加了成本及工作量。另外，这些仪器仍需要人工施加机械刺激以及更换培养基以操作单个的芯片
技术实现思路
技术问题为了解决前述问题及/或其他问题，本专利技术的一个目的是提供一种细胞芯片，其能够用不同的机械刺激同时进行实验以检测干细胞分化的最优条件。另外，本专利技术的另一个目的是提供一种细胞芯片控制系统，其能够自动施加机械刺激并更换培养基，以检测干细胞分化的最优条件，并且使用集成在各细胞芯片内的压力传感器和安装在系统中的荧光显微镜实时测量刺激的大小和干细胞的分化步骤。技术方案为实现上面的目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于细胞分化实验的细胞芯片，所述细胞芯片包括用于储存细胞和培养基的多个细胞室；用于将细胞和培养基传送到相应的细胞室的细胞和培养基注入口 ；用于将注入到所述细胞和培养基注入口的细胞和培养基移动到所述细胞室的细道(fine passage );用于注入施加到所述细胞室的气动压力的气动注入口 ( pneumatic injection port );以及用于将通过所述气动注入口注入的气动压力传送到相应的细胞室的具有圓形膜的孔，其中，所述孔中的至少两个孔具有不同的面积，以使施加到相应的细胞室的气动压力的大小不同。优选地，所述多个细胞室设置在围绕气动注入口的多个同心圓上。优选地，所述细胞芯片进一步包括设置在所述细胞室的下表面并感测所述细胞室的压力的压力传感器，其中所述细胞室的下表面是与设置在气动压力被施加到所述细胞室的方向上的表面相对的表面。优选地，压力传感器可包括由氧化铟锡(ITO)形成的第一电极，该第一电极以与细胞室相同的布置(arrangement)进行设置，并安装在相应的细胞室的下表面上；由ITO形成并与相应的第一电极相对设置的第二电极；以及设置在所述第 一 电极和第二电极之间的间隙。优选地，所述孔可依赖于相应的细胞室距气动注入口的距离而具有不同的面,只。优选地，所述细胞芯片可进一步包括用于调整所述细道和所述细胞室之间的流体流动的微阀装置(micro-valve device )。这里，所述微阀装置可包括用于注入微阀气动压力的微阀气动注入口 ；设置成与相应的细胞室之间的细道接触并响应于微阀气动压力而收缩或扩张的气动室；以及设置在各相应的细胞室和细道之间并连接到相应的气动室以响应于相应气动室的收缩或扩张而^皮打开或关闭的阀突起部分(valve boss )。优选地，所述细胞芯片可进一步包括用于注入标记或染料以观测细胞室中的细胞状态和分化过程的标记和染料注入口 ( marker and dye injectionport);以及连接在标记和染料注入口之间并且起所述标记或染料到细胞室的移动通道(movingpassage )作用的细道。这里，所述微阀装置可包括用于注入被用来调整细胞室和细道之间的培养基的流量的第一微阀气动压力的第 一孩i阀气动注入口 ；用于注入^^皮用来调整细l包室和细道之间的标记或染料的流量的第二微阀气动压力的第二微阀气动注入口 ；设置成与相应的细胞室之间的细道4妾触并响应于第 一《鼓阀气动压力而收缩和扩张的第一气动室；设置成与用于标记或染料的各相应细道接触并响应于第二微阀气动压力而收缩和扩张的第二气动室；设置在各相应的细胞室和细道之间并连接到相应的第 一 气动室以响应于相应的第 一气动室的收缩或扩张而被打开或关闭的第一阀突起部分；以及设置在各相应的细胞室和用于标记或染料的细道之间并连4妄到相应的第二气动室以响应于相应的第二气动室的收缩或扩张而被打开或关闭的第二阀突起部分。根据本专利技术的另 一个方面，提供了 一种用于细胞分化实验的细胞芯片，所述细胞芯片包括上基片，其由玻璃形成并包括气动注入口、细胞和培养基注入口以及标记和染料注入口 ，所述气动注入口用于通过其注入对细胞施加机械刺激的气动压力，所述细胞和培养基注入口用于通过其注入细胞和培养基，而所述标记和染料注入口用于通过其注入目测细胞状态的标记或染料；衬垫(gasket)，其设置成与所述上基片接触并形成储存从气动注入口引入的空气的气室；聚合物基片，其包括细胞室、第一细道、第二细道以及微阀装置，所述细胞室用于培养细胞，所述第一细道用于将通过细胞和培养基注入口注入的细胞和培养基移动到细胞室，所述第二细道用于将通过标记和染料注入口注入的标记或染料移动到细胞室，而所述微阀装置用于控制所述细道和所述细胞室之间的流体流动；多孔基片，其设置在所述村垫和所述聚合物基片之间，并具有不同的面积以使施加到相应的细胞室的气动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于细胞分化实验的细胞芯片，所述细胞芯片包括： 多个细胞室，其用于储存细胞和培养基； 细胞和培养基注入口，其用于将所述细胞和所述培养基传送到相应的细胞室； 细道，其用于将注入到所述细胞和培养基注入口的细胞和培养基移动到所述细胞室； 气动注入口，其用于注入施加到所述细胞室的气动压力；以及 孔，其具有圆形膜，用于将通过所述气动注入口注入的气动压力传送到相应的细胞室， 其中，所述孔中的至少两个孔具有不同的面积，以使施加到相应的细胞室的气动压力的大小不同。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈愚英，梁翔植，
申请(专利权)人：亚州大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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