專利名稱：一種微流控芯片及其研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將微流控芯片技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究的領(lǐng)域，特別提供了一種微流控芯片及其研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法。
背景技術(shù)：
液體流動(dòng)是骨組織察覺力學(xué)刺激并產(chǎn)生反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子，在外力作用下，液體從高應(yīng)變區(qū)流向低應(yīng)變區(qū)，骨組織中的各類細(xì)胞持續(xù)地暴露在 由于液體流動(dòng)而造成的剪切力之中并發(fā)生一系列的反應(yīng)。體外研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的裝置是根據(jù)流變學(xué)原理研制的加載裝置，其基本原理是利用流動(dòng)的培養(yǎng)液對(duì)附著于培養(yǎng)基質(zhì)上的細(xì)胞產(chǎn)生剪切力，平行平板流動(dòng)室是目前國(guó)內(nèi)外常用的一種流體剪切力實(shí)驗(yàn)加載裝置，但是很難在同一塊平行平板流動(dòng)室生成倍比變化的流體剪切力。近年發(fā)展起來的微流控芯片技術(shù)可以在幾平方厘米的芯片上形成微通道網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以取代常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種新技術(shù)。我們以微流控芯片為技術(shù)平臺(tái)體外構(gòu)建加載流體剪切力的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，為研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞的作用提供一個(gè)有效的工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微流控芯片及其研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法，以實(shí)現(xiàn)在體外研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用。本發(fā)明提供了一種微流控芯片，其特征在于所述的微流控芯片主要由細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4、流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8、培養(yǎng)液進(jìn)樣口 9和廢液池10組成；
—所述流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7和流體通道d 8共同起始于培養(yǎng)液進(jìn)樣口 9，且上述四條流體通道的末端分別與細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4依次對(duì)應(yīng)連接，且細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3和細(xì)胞培養(yǎng)池d 4與同一廢液池10相連。其中，所述細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4大小相等并相互平行，細(xì)胞培養(yǎng)池a I和細(xì)胞培養(yǎng)池b 2共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口 a 11和一個(gè)細(xì)胞廢液池a 13，細(xì)胞培養(yǎng)池c 3和細(xì)胞培養(yǎng)池b 4共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口 b 12和一個(gè)細(xì)胞廢液池b 14;流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的高度一致，流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的寬度和長(zhǎng)度不同；優(yōu)選，流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的高度均為100 μ m，流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的寬度分別為400 μ m、90. 8 μ m、51. 9 μ m、49. 2 μ m，流體通道a
5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的長(zhǎng)度分別為4.85 μ m、12. 74 μ m、29. 88 μ m、138. 27 μ mD本發(fā)明提供的一種微流控芯片，液體流經(jīng)所述的流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8后在細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4內(nèi)產(chǎn)生的流場(chǎng)是穩(wěn)定的，具體見圖4，而且液體流經(jīng)所述流體通道a 5、流體通道b6、流體通道c 7、流體通道d 8后在細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4內(nèi)產(chǎn)生的流體剪切力是倍比變化的，在細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4內(nèi)產(chǎn)生的流體剪切力的比值為1:5:25:125，具體見圖5。本發(fā)明中微流控芯片的上層材料為PDMS聚合物，等離子體處理后與下層的玻璃材料不可逆封接，并使PDMS表面由疏水狀態(tài)轉(zhuǎn)化為親水狀態(tài)。本發(fā)明中使用微流控芯片研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法，具體的過程如下 ——通過細(xì)胞進(jìn)樣口將細(xì)胞接種于四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)；
——將芯片置于37°C的CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)12 24小時(shí)，使細(xì)胞充分貼壁，對(duì)每個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)；
——將微量注射泵與培養(yǎng)液進(jìn)樣口相連接，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)灌流培養(yǎng)；
——將芯片置于37°C的CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)2Γ72小時(shí)，考察流體剪切力對(duì)細(xì)胞的作用。 本發(fā)明提供的微流控芯片，其優(yōu)點(diǎn)在于可在一塊幾平方厘米的芯片上培養(yǎng)細(xì)胞，并對(duì)細(xì)胞施加倍比變化的流體剪切力，考察流體剪切力變化對(duì)細(xì)胞的影響，具有重要的生物醫(yī)學(xué)研究?jī)r(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖I顯示微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(I)細(xì)胞培養(yǎng)池a、(2)細(xì)胞培養(yǎng)池b、(3)細(xì)胞培養(yǎng)池C、(4)細(xì)胞培養(yǎng)池d、(5)流體通道a、(6)流體通道b、(7)流體通道C、(8)流體通道d、(9)培養(yǎng)液進(jìn)樣口、(10)廢液池、(11)細(xì)胞進(jìn)樣口 a、( 12)細(xì)胞進(jìn)樣口 b、( 13)細(xì)胞廢液池a、( 14)細(xì)胞廢液池b ；
圖2顯示微流控芯片實(shí)物照片，其中(15)為PDMS表層、(16)為玻璃基底；
圖3顯示四條流體通道的顯微鏡下的示意 圖4顯示細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的流場(chǎng)分布模擬 圖5顯示計(jì)算所得出的不同細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)流體剪切力的大?。?br> 圖6灌流培養(yǎng)48小時(shí)后進(jìn)行Rhl23-Hoechst染色，顯示不同細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)MC3T3-E1細(xì)胞的生長(zhǎng)狀況圖，其中(I)細(xì)胞培養(yǎng)池a、(2)細(xì)胞培養(yǎng)池b、(3)細(xì)胞培養(yǎng)池C、(4)細(xì)胞培養(yǎng)池d ；
圖7顯示灌流培養(yǎng)48小時(shí)后不同細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)MC3T3-E1細(xì)胞增殖指數(shù)的變化，其中
(I)細(xì)胞培養(yǎng)池a、(2)細(xì)胞培養(yǎng)池b、(3)細(xì)胞培養(yǎng)池C、(4)細(xì)胞培養(yǎng)池d。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例I
一種微流控芯片，具體結(jié)構(gòu)如圖I所示，其實(shí)物圖如圖2所示，其芯片上層材料為PDMS聚合物，通過不可逆封接技術(shù)封接于下層玻璃表面，主要由細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b
2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4和流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8、培養(yǎng)液進(jìn)樣口 9和廢液池10組成；所述流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7和流體通道d 8共同起始于培養(yǎng)液進(jìn)樣口 9，且上述四條流體通道的末端分別與細(xì)胞培養(yǎng)池a
I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3、細(xì)胞培養(yǎng)池d 4依次對(duì)應(yīng)連接，且細(xì)胞培養(yǎng)池a I、細(xì)胞培養(yǎng)池b 2、細(xì)胞培養(yǎng)池c 3和細(xì)胞培養(yǎng)池d 4與同一廢液池10相連；所述的流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的高度均為100 μ m，流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的寬度分別為400μπι、90. 8μπι、51.9μπι、49. 2μπι，流體通道a 5、流體通道b 6、流體通道c 7、流體通道d 8的長(zhǎng)度分別為4.85 μ m、12. 74 μ m、29. 88 μ m、138. 27 μ m。實(shí)施例2
使用實(shí)施例I中的微流控芯片，將微量注射泵與培養(yǎng)液進(jìn)樣口相連接，以O(shè). 08μ1/分鐘的流速進(jìn)行培養(yǎng)液的灌流，測(cè)量上述微流控芯片細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的流場(chǎng)分布，其中四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池(I)細(xì)胞培養(yǎng)池a、(2)細(xì)胞培養(yǎng)池b、(3)細(xì)胞培養(yǎng)池C、(4)細(xì)胞培養(yǎng)池d內(nèi)的流場(chǎng)分布均勻，具體見圖4。實(shí)施例3 使用實(shí)施例I中的微流控芯片，將微量注射泵與培養(yǎng)液進(jìn)樣口相連接，以O(shè). 08μ1/分鐘的流速進(jìn)行培養(yǎng)液的灌流，測(cè)量上述微流控芯片不同細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)流體剪切力的大小，其中(I)細(xì)胞培養(yǎng)池a、(2)細(xì)胞培養(yǎng)池b、(3)細(xì)胞培養(yǎng)池C、(4)細(xì)胞培養(yǎng)池d，細(xì)胞培養(yǎng)池a中的流體剪切力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)胞培養(yǎng)池b、c、d中的流體剪切力，他們的比值約為1:5:25:125，具體見圖5。實(shí)施例4
使用實(shí)施例I中的微流控芯片考察流體剪切力變化對(duì)細(xì)胞增殖的影響，通過細(xì)胞進(jìn)樣口將前成骨細(xì)胞系MC3T3-E1細(xì)胞接種于四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)，將芯片置于37°C的CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24小時(shí)，使細(xì)胞充分貼壁，對(duì)每個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。將微量注射泵與培養(yǎng)液進(jìn)樣口相連接，以O(shè). 08μ1/分鐘的流速對(duì)細(xì)胞進(jìn)行灌流培養(yǎng)，48小時(shí)后對(duì)細(xì)胞進(jìn)行Rhl23-Hoechst染色，考察細(xì)胞的生長(zhǎng)狀況，見圖6，并對(duì)每個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過比較灌流培養(yǎng)前后細(xì)胞數(shù)量的變化，計(jì)算出每個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的細(xì)胞增殖指數(shù)，見圖7。細(xì)胞培養(yǎng)池d中的流體剪切力最大，其內(nèi)的細(xì)胞增殖速度最慢，與細(xì)胞培養(yǎng)池a和b內(nèi)的細(xì)胞增殖指數(shù)相比，有顯著性差異，因此，在流體剪切力作用下，細(xì)胞培養(yǎng)池d中的細(xì)胞增殖能力與細(xì)胞培養(yǎng)池a和b內(nèi)的細(xì)胞相比顯著下降。
權(quán)利要求
1.一種微流控芯片，其特征在于所述的微流控芯片主要由細(xì)胞培養(yǎng)池a (I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)、流體通道a (5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)、培養(yǎng)液進(jìn)樣口(9)和廢液池(10)組成； —所述流體通道a (5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)和流體通道d (8)共同起始于培養(yǎng)液進(jìn)樣口(9)，且上述四條流體通道的末端分別與細(xì)胞培養(yǎng)池a( I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b(2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)依次對(duì)應(yīng)連接，且細(xì)胞培養(yǎng)池a (I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)和細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)與同一廢液池(10)相連。
2.按照權(quán)利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述細(xì)胞培養(yǎng)池a(l)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)大小相等并相互平行，細(xì)胞培養(yǎng)池a (I)和細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口 a (11)和一個(gè)細(xì)胞廢液池a (13)，細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)和細(xì)胞培養(yǎng)池b (4)共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口 b (12)和一個(gè)細(xì)胞廢液池b (14)。
3.按照權(quán)利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述的流體通道a(5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)的高度相同，流體通道a (5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)的寬度和長(zhǎng)度不同。
4.按照權(quán)利要求3所述的微流控芯片，其特征在于液體流經(jīng)所述的流體通道a(5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)，在細(xì)胞培養(yǎng)池a (I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)內(nèi)產(chǎn)生的流場(chǎng)是穩(wěn)定的。
5.按照權(quán)利要求3所述的微流控芯片，其特征在于液體流經(jīng)所述流體通道a(5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)，在細(xì)胞培養(yǎng)池a (I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)內(nèi)產(chǎn)生的流體剪切力是倍比變化的，在細(xì)胞培養(yǎng)池a(I)、細(xì)胞培養(yǎng)池b (2)、細(xì)胞培養(yǎng)池c (3)、細(xì)胞培養(yǎng)池d (4)內(nèi)產(chǎn)生的流體剪切力的比值為 1:5:25:125。
6.按照權(quán)利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述的流體通道a(5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)的高度均為100 μ m，流體通道a (5)、流體通道b(6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)的寬度分別為400 μ m、90. 8 μ m、51. 9 μ m、49. 2 μ m，流體通道a (5)、流體通道b (6)、流體通道c (7)、流體通道d (8)的長(zhǎng)度分別為4.85 μ m、12. 74 μ m、29. 88 μ m、138. 27 μ m。
7.按照權(quán)利要求I所述的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的上層材料為PDMS聚合物，下層為玻璃。
8.一種按照權(quán)利要求I所述的微流控芯片研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法，具體過程如下 ——通過細(xì)胞進(jìn)樣口將細(xì)胞接種于四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)； ——將芯片置于37°C的CO2培養(yǎng)箱內(nèi)12 24小時(shí)，使細(xì)胞充分貼壁，對(duì)每個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)； ——將微量注射泵與培養(yǎng)液進(jìn)樣口相連接，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)灌流培養(yǎng)； ——將芯片置于37°C的CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)2Γ72小時(shí)，考察流體剪切力對(duì)細(xì)胞的作用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微流控芯片及其研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞作用的方法，該微流控芯片由四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池和四條流體通道組成；四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池大小相等并相互平行，培養(yǎng)池a和b共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口和一個(gè)細(xì)胞廢液池，培養(yǎng)池c和d共用一個(gè)細(xì)胞進(jìn)樣口和一個(gè)細(xì)胞廢液池，四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池上端分別與四個(gè)流體通道相連，下端與同一廢液池相連；四條流體通道共同起始于培養(yǎng)液進(jìn)樣口，末端分別與四個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)池相連；該微流控芯片用于研究流體剪切力對(duì)細(xì)胞的作用。
文檔編號(hào)C12Q1/02GK102816695SQ20111015190
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者劉婷姣, 虞煒亮, 秦建華, 林炳承 申請(qǐng)人:大連醫(yī)科大學(xué)