一种细胞观测实验用芯片制造技术

本发明专利技术公开一种细胞观测实验用芯片，包括流体入口、细胞入口和出口，还包括至少一个宽度随位置变化的速度控制微芯片单元。本发明专利技术能满足不同细胞在进样、培养以及实验时对流速的不同要求，减小由于微流路状况的不稳定对细胞控制造成的干扰。另外，本发明专利技术的芯片中还增加一隔墙，此隔墙将芯片内分为气体通道和液体通道，在隔墙上还设有气体交换装置，气体交换装置具有连通气体通道和液体通道的通孔。此结构能在微观尺度上实现稳定可靠的气体直接交换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及细胞芯片制造的
，特别与一种用于培养、观测细胞的细胞芯片的结构有关。
技术介绍
近几年涉及细胞培养、测量、实验等方面的微流路芯片技术发展异常迅速，国际上许多的实验室都在致力于发展出真正能满足实验室和医学及临床的细胞芯片(Jamil El-Ali et al. Cells on chips. Nature 2006，442，403—441)。例如，St印hen R. Quake 于 2007 年 11 月在美国 Analytical Chemistry (Rafael Go'mez-Sjolberg et al. Versatile, Fully Automated, Microfluidic Cell Culture System. Anal. Chem. 2007, 79，8557-8563)上发表了将细胞培养的芯片单元进行阵列化的比较成熟的细胞芯片技术，并且运用这种芯片培养了骨髓间质干细胞。采用微流体控制细胞的方法多种多样，近几年这方面的文献较多，这里不一一赘述。以乂印&11 R. Quake实验室的工作为例，其芯片集成了 96个可寻址的细胞培养单元，使得细胞芯片循着计算机的模式发展，同时也向细胞芯片的真正实用化迈进了一步。但是，正如Jamil El-Ali et al. 2006 在 Nature 上发表的 Review (Cells on chips)中所评价的那样，“新近发展出来的微制造专利技术装置在应用及基础研究两方面都有利于细胞及组织生物学的发展。但是，迄今为止这些装置仅适用于应对简单的低复杂性的测试。”实际上，这就是说，这些装置都因为有这样那样的缺陷而无法真正达到预期的目标。 这些缺陷包括芯片本身的复杂性、可靠性、重复性、耐用性等因素，也包括其对复杂自动控制技术的苛刻要求以及制造的成本问题等等。iitephen R. Quake实验室的将芯片单元集成化是一个解决这种种问题的一个很好的也很容易想到的思路。而本专利技术则从待集成的芯片单元本身出发来解决细胞芯片的各种问题。因此这是一个提高细胞芯片品质的一个快速而根本的思路。从乂印&11 R. Quake实验室专利技术的集成化细胞芯片不难看出，其被集成的芯片单元实际上是矩形的微容器。如图IA所示，是流体流经矩形微芯片单元10时的流速分布，箭头的方向与长短表示流速的方向及大小。液体进入微容器后，其速度基本上是均勻分布的， 其速度随距离的分布如图IB所示。显然，决定该微容器中各区域流速变动的因素只是其开口和出口的压力差。如果压力差有变化(这在微流路芯片中必然发生的)，则整个容器的流速就整体变化到另一个值。原来的速度值在微容器地任何区域都不存在。这对于依赖于稳定流速来使细胞停留并培养的技术来说是一个无法回避的缺陷。特别对于较长期的细胞培养及实验过程来说，由于芯片流路或通道中的动力环境必定会有或多或少的变化，这种缺陷就显得十分突出。从细胞进样来讲，由于细胞在进样过程中能否在微容器中停留实际上就是取决于流速，而对于微容器整个区域内流速的涵盖范围十分狭窄(接近于一点)，对于控制的精度要求就非常苛刻。即便是控制的相当完美，由于细胞间黏附力的差异，有相当一部分细胞也会无法满意地停留在微容器中，它们要么会因为黏附力偏弱而逃离，要么会因为黏附力偏强而没有到位。当研究需要将不同类型的细胞同时控制在其中的时候，这样的微容器显然就会在进样的第一部面临非常大的失败几率，因为不同种类的细胞对流体流速的要求差别太大了。如果细胞芯片要迈向真正的实用阶段，这几个问题是必须要解决的，而且这不能依靠将芯片单元点阵化的思路来解决，只能从根本上改变芯片单元本身的设计。综上所述，芯片必须在芯片单元内部解决流速控制问题，以彻底解决不同细胞在进样、培养以及实验时对流速的不同要求。另外，在生命科学领域，细胞芯片的发展很重要的任务就是为研究活的生命体提供方法，而活的生命体，无论是单细胞生命体还是多细胞生命体，都需要持续的气体交换来维持生命特征，如释放(X)2获取02。气体交换装置能够在芯片的微观尺度上将气相中的分子吸收进液相中，也可以将液相中的分子释放到气相中，这为基于微芯片的化学，特别是分析化学方法提供了新技术。现有技术1 (W0/2006/080177) Gas Exchange Chip, Method Of Gas Extraction Using The Same, And Totally Organic Matter Carbon Measuring Instrument是一项有关气体交换芯片的专利。其基本的原理是将两个平行的流体通道用多个的微通道相连，由于微通道中的憎水作用使得两个流体通道的的液体互不混合，而气体则可以从一种液体中释放出来穿过连接通道扩散到另一种流体中。专利中指出了一项实验，该实验显示第一种流体中的(X)2扩散到了第二种流体中。现有技术 2 Hachiya, H.，Tokeshi, M.，Yoshida, Y. & Kitamori, T. Gas—liquid crossing flow in microchannel and its application to gas analysis microchip. Proceedings of the IEEE Sensors 2004 1-3, 166 - 169 (2004)是一篇有关气体交换芯片的论文。其基本原理是在一个长的通道(约50mm)蚀刻高低不同的的微通道，使用时将气体和液体同时压入通道，通道内高低的差别使得混合的气体和液体最终可能在出口处形成分开的气一一液两相，从而得到气液气体交换的效果。显然，这两项气体交换的芯片技术都存在着很大的缺陷。第一项技术实际上是考虑两种液体间的气体交换，其中需要憎水处理，膜技术等等，尺寸较大，也不是一种直接气一一液接触的微米级装置。第二种技术采用的长的通道(约50mm)，不是在微观尺度上能实现气体交换的技术，其气——液湍流混合再分离的方式也并不稳定可靠的，无法在微米级尺度上形成溶解气体的梯度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种细胞观测实验用芯片，其能满足不同细胞在进样、培养以及实验时对流速的不同要求，减小由于微流路状况的不稳定对细胞控制造成的干扰。本专利技术的另一目的在于提供一种细胞观测实验用芯片，其能在微观尺度上实现气体稳定可靠的直接交换。为了实现上述目的，本专利技术的解决方案是一种细胞观测实验用芯片，包括流体入口、细胞入口和出口，还包括至少一个宽度随位置变化的速度控制微芯片单元。所述速度控制微芯片单元为线性张开的形状。所述速度控制微芯片单元从入口开始，每经过一段固定的距离，其宽度就增加一倍。设入口处ζ = 0，初始宽度为，出口宽度为re，入口到出口的距离为z，而每经过距离々就需要把宽度增加为原来的两倍，在距离入口χ处的宽度为I，即= W0 2、" )，则所述速度控制微芯片单元的边缘曲线方程式为-.D = Llnl / {In Ve- In W0 )。所述速度控制微芯片单元中分布有用于协助细胞停留或隔离的凹坑。所述速度控制微芯片单元中设有用于协助细胞停留或隔离的围栏状突起的水坝。所述水坝为弧形设计，使流经水坝的流体方向与水坝正交。令本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兴跃，
申请(专利权)人：彭兴跃，
类型：发明
国别省市：