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一種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片的制作方法

文檔序號:466683閱讀:355來源:國知局
一種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種微流控芯片,所述微流控芯片包括基材以及形成于所述基材內(nèi)的溝道,所述溝道包括培養(yǎng)主通道,該培養(yǎng)主通道的一端設(shè)有至少兩個(gè)進(jìn)樣口,另一端連通一出樣口。該微流控芯片在控制進(jìn)樣口和出樣口液面壓差產(chǎn)生的重力驅(qū)動下,利用微流體之間的層流現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)細(xì)胞植入和傷口制備,在顯微鏡下可直觀地觀察細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移的生物學(xué)行為,為研究細(xì)胞傷口愈合的細(xì)胞生物學(xué)奠定基礎(chǔ)。該微流控芯片可同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞無創(chuàng)傷口制備,便于實(shí)時(shí)不間斷地觀察細(xì)胞遷移的生物學(xué)行為,可運(yùn)用于各類細(xì)胞遷移研究中。
【專利說明】一種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請涉及一種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]細(xì)胞遷移是一個(gè)受大量化學(xué)和物理信號指導(dǎo)的動態(tài)的復(fù)雜過程,在眾多生理與病理過程中扮演著重要的角色。細(xì)胞遷移需要內(nèi)外因素的配合,外部因素指細(xì)胞外的信號分子,內(nèi)部因素則指細(xì)胞的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)和執(zhí)行運(yùn)動的細(xì)胞骨架和分子馬達(dá),還有參與粘著斑形成的各種分子。在細(xì)胞遷移生物學(xué)行為研究中,傳統(tǒng)方法如細(xì)胞傷口愈合、誘導(dǎo)擴(kuò)散法、Boyden小室/Transwell小室等常規(guī)細(xì)胞遷移模型已在細(xì)胞遷移生物學(xué)行為研究中取得顯著成果,然而,由于其難以突破真實(shí)地模擬體內(nèi)微環(huán)境(如血流剪切力)及濃度梯度不穩(wěn)定等諸多問題,使細(xì)胞遷移過程遺留下很多未解之謎。因自身的局限性,傳統(tǒng)技術(shù)無法滿足復(fù)雜的生命過程及眾多的未知領(lǐng)域所需要的高數(shù)量級實(shí)驗(yàn)次數(shù)與龐大的數(shù)據(jù)分析,使細(xì)胞遷移生物學(xué)研究呈現(xiàn)瓶頸狀態(tài)。
[0003]有創(chuàng)口類細(xì)胞遷移,也稱為細(xì)胞傷口愈合類細(xì)胞遷移運(yùn)動,培養(yǎng)單層細(xì)胞并產(chǎn)生傷口區(qū)域,然后研究該傷口受創(chuàng)處周圍細(xì)胞遷移的現(xiàn)象。該方法是最簡單,廉價(jià)和高重復(fù)性的基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)方法,同時(shí)也是最早在體外直接研究細(xì)胞遷移速率、持續(xù)性及極化等特性的方法之一?,F(xiàn)有宏觀技術(shù)中,為了獲得細(xì)胞傷口,通常采用物理劃痕方式,其缺點(diǎn)在于:所獲得的傷口毛糙,傷口邊緣細(xì)胞會損傷,影響細(xì)胞活性,殘留細(xì)胞碎片多,不便于動態(tài)觀察研究,重現(xiàn)性不高。
[0004]自20世紀(jì)90年代以來,自然科學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢是向微型化邁進(jìn)。微流控芯片技術(shù)是由瑞士科學(xué)家Manz等提出,該技術(shù)是以微加工微基礎(chǔ)、微流體驅(qū)動/控制為核心技術(shù)、現(xiàn)代分析檢測技術(shù)為手段的分析檢測平臺。微流控芯片技術(shù)完全有別于傳統(tǒng)意義上的宏觀技術(shù)理念,它縮小了裝置的體積,提高了分析效率,減少了試劑的的消耗量,避免了環(huán)境污染,以微型化、集成化、高通量、高精度的特征在眾多科學(xué)領(lǐng)域如醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境等獲得了廣泛應(yīng)用,顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。近年來,由于微流控芯片技術(shù)具有網(wǎng)格式二維或三維通道結(jié)構(gòu)及微米級的通道尺寸,可同時(shí)在時(shí)間和空間上控制流體等特點(diǎn)及優(yōu)勢,利用微流控芯片技術(shù)來研究細(xì)胞遷移生物學(xué)行為受到許多研究者的關(guān)注。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的提供一種微流控芯片,克服現(xiàn)有物理劃痕方式所產(chǎn)生細(xì)胞傷口毛糙、存在邊緣效應(yīng)的缺點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,所述微流控芯片包括基材以及形成于所述基材內(nèi)的溝道,所述溝道包括培養(yǎng)主通道,該培養(yǎng)主通道的一端設(shè)有至少兩個(gè)進(jìn)樣口,另一端連通一出樣口。[0008]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所述培養(yǎng)主通道于水平面內(nèi)延伸,所述進(jìn)樣口沿豎直方向延伸。
[0009]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所述出樣口沿豎直方向延伸。
[0010]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所述每個(gè)進(jìn)樣口和培養(yǎng)主通道之間還連通有一緩沖通道,所述緩沖通道與所述培養(yǎng)主通道位于同一水平面內(nèi)。
[0011]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所有的所述緩沖通道具有相同的口徑。
[0012]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所述基材包括上下層疊設(shè)置的第一基材和第二基材,所述主通道和緩沖通道開設(shè)于所述第二基材的上表面,所述進(jìn)樣口和出樣口貫穿所述第一基材或第二基材的上下表面。
[0013]優(yōu)選的,在上述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片中,所述培養(yǎng)主通道的一端設(shè)有三個(gè)進(jìn)樣口。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型提出的一種基于微流控芯片研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的方法,便于觀察、設(shè)備簡單、直接采樣、樣品和試劑用量小,樣品無需轉(zhuǎn)移、樣品交叉污染幾率小,能更真實(shí)地研究細(xì)胞遷移生物學(xué)行為,在細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0017]圖2所示為圖1中沿虛線的剖視圖;
[0018]圖3所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中培養(yǎng)主通道形成細(xì)胞單層后的示意圖;
[0019]圖4所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中細(xì)胞單層被消化形成傷口的示意圖;
[0020]圖5所示為本實(shí)用新型第二實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0022]圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為沿圖1中虛線的剖視圖。
[0023]參圖1和圖2所示,微流控芯片包括基材I以及形成于基材I內(nèi)的溝道2。
[0024]基材I包括上下層疊設(shè)置的第一基材11和第二基材12,基材I的材質(zhì)選自PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC (聚碳酸酯)、COC樹脂、ABS (丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)、玻璃、石英或銅,優(yōu)選為PMMA,第一基材11和第二基材12的材質(zhì)可以相同,也可以不同。
[0025]溝道2為形成于第二基材12上表面上的溝槽,包括培養(yǎng)主通道21以及連通于培養(yǎng)主通道21 —端的三條緩沖通道22。培養(yǎng)主通道21和三條緩沖通道22位于同一平面內(nèi)。培養(yǎng)主通道21以及緩沖通道22的截面優(yōu)選為矩形,三條緩沖通道22的長度以及口徑均相同。另外,培養(yǎng)主通道21的口徑優(yōu)選為單個(gè)緩沖通道22 口徑的三倍,這樣,溶液從三條緩沖通道22進(jìn)入培養(yǎng)主通道21時(shí),不會因?yàn)榭趶酵蝗蛔兇蠡蜃冃《淖冊瓉淼倪\(yùn)動狀態(tài),同時(shí)溶液的界面處保持為直線。
[0026]第一基材11上貫穿設(shè)有三個(gè)進(jìn)樣口 111以及一個(gè)出樣口 112,三個(gè)進(jìn)樣口 111分別連通于三條緩沖通道22的入口且沿垂直方向延伸,出樣口 112連通于培養(yǎng)主通道21的出口且沿垂直方向延伸。
[0027]在其他實(shí)施例中,基材也可以僅僅為一塊平板,進(jìn)樣口和出樣口設(shè)置于平板的側(cè)面;緩沖通道22可以僅設(shè)置有兩個(gè)或大于三個(gè),對應(yīng)進(jìn)料口也設(shè)置為兩個(gè)或大于三個(gè)。
[0028]上述微流控芯片的制作方法如下:
[0029](I)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件(CAD)設(shè)計(jì)微流控芯片的微通道與微結(jié)構(gòu);
[0030](2)通過激光刻蝕、熱壓法、模塑法、數(shù)控微加工或軟刻蝕技術(shù)在PMMA基材表面制備培養(yǎng)主通道、緩沖通道、進(jìn)樣口和出樣口 ;
[0031](3)將制備有培養(yǎng)主通道和緩沖通道的微流控芯片基材切割成4x4cm的尺寸(作第二基材),再將制備有進(jìn)樣口和出樣口的基材切割成4x4cm的尺寸(作第一基材),將加工過的基材分別用自來水、蒸餾水清洗,并用乙醇擦拭基材表面殘留的指紋、油潰等污潰,自然晾干;
[0032](4)通過熱壓封合技術(shù)或通過雙層粘性薄膜粘性膠,將第一基材和第二基材在顯微鏡下對齊,進(jìn)行封合,制成用于研究細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片。
[0033]利用上述微流控芯片研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為,方法如下:
[0034]將四個(gè)適合的圓錐口徑的槍頭插入芯片的進(jìn)出口處,從三個(gè)進(jìn)樣口加入細(xì)胞溶液,控制三個(gè)進(jìn)樣口與出樣口之間的液差高度,使細(xì)胞溶液緩慢流經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)主通道,細(xì)胞在緩慢通過培養(yǎng)主通道過程中,吸附停留在封合的細(xì)胞培養(yǎng)通道的內(nèi)壁(通道的底壁或通道的四周內(nèi)壁上),當(dāng)吸附的細(xì)胞數(shù)量占到培養(yǎng)主通道的十分之一時(shí),完成細(xì)胞的植入,將微流控芯片放入細(xì)胞培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)。
[0035]用顯微鏡觀察,當(dāng)培養(yǎng)主通道形成細(xì)胞單層后(參圖3所示),從左側(cè)進(jìn)樣口、中間進(jìn)樣口和右側(cè)進(jìn)樣口分別加入含胰蛋白酶(10%)、PBS緩沖液、胰蛋白酶(10%)的細(xì)胞培養(yǎng)液,控制三個(gè)進(jìn)樣口與出樣口的液差高度,從而控制層流速度,使胰蛋白酶快速流經(jīng)培養(yǎng)主通道的細(xì)胞單層,被胰蛋白酶溶液流過的細(xì)胞因此被消化,隨流體流出微通道,完成細(xì)胞傷口的無創(chuàng)制備(參圖4所示)。此外還可控制左右側(cè)進(jìn)樣口胰蛋白酶(10%)與中間進(jìn)樣口 PBS緩沖液的液差高度來形成不同寬度的中間細(xì)胞層傷口,便于研究細(xì)胞間相互作用對傷口的影響。最后用PBS溶液緩慢沖洗殘留的胰蛋白酶,細(xì)胞傷口形成穩(wěn)定后,在顯微鏡可以實(shí)時(shí)不間斷地觀察細(xì)胞受創(chuàng)后傷口處細(xì)胞遷移的生物學(xué)行為,細(xì)胞傷口處的細(xì)胞均是活性的,可真實(shí)觀察生物細(xì)胞傷口形成后的細(xì)胞遷移現(xiàn)象。
[0036]上述方法中,也可以在左右兩側(cè)的進(jìn)樣口中通入PBS緩沖液,同時(shí)中間的進(jìn)樣口通入胰蛋白酶(10%)。胰蛋白酶目的在于使細(xì)胞間的蛋白質(zhì)水解從而使細(xì)胞解散,其同樣可以由EDTA或膠原酶進(jìn)行替代。PBS緩沖液可用Hanks液、D-Hanks液、Dulbecco等常用的細(xì)胞平衡鹽溶液代替。
[0037]參圖5所示,在本實(shí)用新型第二實(shí)施例中,培養(yǎng)主通道、緩沖通道、進(jìn)樣口和出樣口均形成于第一基材上,第二基材為一塊空白平板。
[0038]綜上所述,本實(shí)用新型通過在控制進(jìn)樣口和出樣口液面壓差產(chǎn)生重力驅(qū)動下,不同進(jìn)料口的液體之間形成層流現(xiàn)象,利用微流體之間的層流現(xiàn)象,在胰蛋白酶對細(xì)胞粘附層的消化作用下,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的植入和細(xì)胞傷口的無創(chuàng)形成,在顯微鏡下可直觀地研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移的生物學(xué)行為,為研究傷口愈合及細(xì)胞遷移生物學(xué)奠定基礎(chǔ)。
[0039]需要說明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來,而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且,術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下,由語句“包括一個(gè)……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0040]以上所述僅是本申請的【具體實(shí)施方式】,應(yīng)當(dāng)指出,對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯?,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述微流控芯片包括基材以及形成于所述基材內(nèi)的溝道,所述溝道包括培養(yǎng)主通道,該培養(yǎng)主通道的一端設(shè)有至少兩個(gè)進(jìn)樣口,另一端連通一出樣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述培養(yǎng)主通道于水平面內(nèi)延伸,所述進(jìn)樣口沿豎直方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述出樣口沿豎直方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述每個(gè)進(jìn)樣口和培養(yǎng)主通道之間還連通有一緩沖通道,所述緩沖通道與所述培養(yǎng)主通道位于同一水平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所有的所述緩沖通道具有相同的口徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述基材包括上下層疊設(shè)置的第一基材和第二基材,所述培養(yǎng)主通道和緩沖通道開設(shè)于所述第二基材的上表面,所述進(jìn)樣口和出樣口貫穿所述第一基材或第二基材的上下表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究細(xì)胞受創(chuàng)后細(xì)胞遷移生物學(xué)行為的微流控芯片,其特征在于:所述培養(yǎng)主通道的一端設(shè)有三個(gè)進(jìn)樣口。
【文檔編號】C12M1/34GK203639470SQ201320881780
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】聶富強(qiáng), 吳圓麗 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
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