本發(fā)明涉及一種新型藥物篩選的生物微分析芯片，從使用上講，是一種運用在活細胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的，一種新型帶有氣室的藥物篩選生物芯片。

技術背景

高通量藥物篩選是指以分子水平和細胞水平的實驗方法為基礎，以微板形式作為實驗工具載體，以自動化操作系統(tǒng)執(zhí)行試驗過程，以靈敏快速的檢測儀器采集實驗結果數(shù)據(jù)，以計算機對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，同一時間對數(shù)以千萬樣品檢測，并以相應的數(shù)據(jù)庫支持整體系運轉的技術體系。高通量藥物篩選體系在創(chuàng)新藥物篩選中是新藥開發(fā)研究的一個重要領域，已經被廣泛應用于候選化合物生物活性的篩選。高通量藥物篩選模型不僅可以用于發(fā)現(xiàn)新藥，也可用于藥物研究。但是傳統(tǒng)藥物篩選芯片不能實時觀測藥物作用下的細胞形態(tài)變化。解決此問題，需將藥物的添加、實驗細胞的培養(yǎng)、藥物效果的檢測等多個步驟集成到一塊芯片，實現(xiàn)藥物篩選的自動化分析，減少即時觀測的實驗時間和誤差。

為此，本發(fā)明一種帶有氣室的藥物篩選的生物微分析芯片，以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是利用氣室設計一種活細胞培養(yǎng)的藥物篩選的生物微分析芯片，將藥物的給樣、細胞培養(yǎng)、藥物效果檢測等多個實驗功能集成到一塊芯片上。

本實驗的技術方案為：提供一種帶有氣室的藥物篩選生物芯片。由兩組進樣口、兩個培養(yǎng)區(qū)、一個共用氣室、一個廢液池和彎曲連接通道組成。其特點是：在芯片的上片加工有從氣體入口開始的，連通氣室通道、氣室、到氣體出口結束的結構，這些結構呈一條連接直線排布；對應上片這條連接直線的兩側，在下片對稱加工有兩組“V”型進樣通道、兩個培養(yǎng)區(qū)，對應上片這條連接直線上，在下片加工有廢液池、排出通道、出口。沿一條連接直線排布，以及沿這條直線對稱排布，可以很好地集約化利用芯片的空間，并且可以用發(fā)明的一種帶有氣室的藥物篩選生物芯片作為功能單元，連接組成不同形狀的、擴充實驗數(shù)目或功能的生物芯片。在芯片體的下片上加工有兩組進樣口，每組進樣口具有包括細胞及其培養(yǎng)液進口、或者藥物進口的“V”型進樣口一和“V”型進樣口二，進樣口與連接直通道相連。當藥物注入后，藥物與細胞樣品在“V”型通道處充分混合并作用于細胞。兩個培養(yǎng)區(qū)同時與氣室相連，氣室通過氣室與培養(yǎng)區(qū)連接的通氣道輸送細胞培養(yǎng)所需氣體并保證供給量相同。兩個培養(yǎng)區(qū)內部各有一個“U”型結構，當培養(yǎng)液和藥物到達時，“U”型結構可以將細胞攔截，保證細胞在固定的區(qū)域生長，而培養(yǎng)液和藥物等液體可以自由流通。

上述技術方案中，所述培養(yǎng)區(qū)，兩個培養(yǎng)區(qū)尺寸一致，均為深1mm-2mm、直徑2mm-5mm的圓桶形。這樣設計保證細胞培養(yǎng)區(qū)域的大小一致。氣室俯視為菱形，高度0.5mm，邊長≥2mm。這樣設計便于各個連接管的連接剛好在菱形的四個角上，避免氣室因有邊角，產生氣體渦流，不利于廢氣的排除。廢液池為長方體形，深為1mm-2mm、短邊長≥5mm。設計保證了廢液池至少能夠容納兩個培養(yǎng)區(qū)的一次產生的廢液。上述技術方案中，所述芯片的上片、下片、和芯片基底均為透明材料。廢液池俯視呈長方體形，與廢液的排出通道和氣體出口相連，它是將兩個培養(yǎng)區(qū)內細胞的代謝產物或者是多余的注射物質暫時儲存的空間，保證細胞的正常培養(yǎng)環(huán)境。

上述技術方案中，所述培養(yǎng)區(qū)，在兩個培養(yǎng)區(qū)與廢液池相連的弧形通道二一側，與圓柱形培養(yǎng)區(qū)內壁相距5μm處，各加工有一個“U”型結構，“U”型結構是寬為30μm -60μm，等高于培養(yǎng)區(qū)的半圓弧形墻；所述弧形通道一和弧形通道二均為1/4圓弧形，并兩兩成對，對稱分布在上片連接直線的兩側。培養(yǎng)區(qū)內部的“U”型結構的功能，使細胞在固定的區(qū)域生長，便于實時觀測在不同藥物（或不同濃度的藥物）作用下細胞形態(tài)的變化情況。

上述技術方案中，所述渦輪結構為兩個半圓錯位相對形成“S”形通道；渦輪結構位于2條“V”型通道匯流相交為1條通道的“V”字的底尖處，兩個半圓間隔距離為“V”型通道寬度的1/2，利于液體的混合?！癡”型通道內嵌有混合通道內液體的渦輪結構，當藥物注入后與細胞樣品在“V”型通道處充分混合，保證藥物與細胞充分接觸并發(fā)生作用；或者同時加入兩種藥物，在“V”型通道處充分混合，保證藥物混合均勻。

上述技術方案中，所述下片加工的通道，全部高為800μm-1000μm，寬為300μm-600μm。通道尺寸是根據(jù)實驗所需細胞大小和數(shù)量確定的，目的保持實驗的同一性，也有利于不同細胞實驗的要求。

上述技術方案中，所述生物芯片分為3層，最上一層是上片，為進樣裝置及氣體通道，包括、氣體入口、氣室通道、通氣道、氣室、氣體出口，和貫通上片和中片的“V”型進樣口一、“V”型進樣口二、出口；中間一層是下片，主要為液體流通管道，包括“V”型通道、渦輪結構、直通道、弧形通道一、培養(yǎng)區(qū)、弧形通道二、廢液池、 “U”型結構；底層為芯片基底。本發(fā)明利用生物芯片，具有良好的細胞培養(yǎng)的基礎，通過結構的改進，將微流控技術與細胞培養(yǎng)技術相結合將其應用于藥物篩選領域。在一種芯片上提供了相同的細胞生長環(huán)境，在其他變量都不改變的條件下，單一改變給藥物種類或給藥量，通過觀察在藥物作用下的細胞形態(tài)變化，達到藥物篩選的目的。

本發(fā)明的效果特點：本發(fā)明芯片將藥物的添加、實驗細胞培養(yǎng)、藥物效果檢測等多個步驟集成到一塊芯片體上，可在有限的面積內檢測多個指標，達到即時、有效、微量檢測。能夠在檢測的時間段內進行實時監(jiān)測，控制營養(yǎng)物質的輸入速率，保證檢測的可靠性，使得結果更能反應真實的細胞生長環(huán)境，達到最終藥物篩選目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的俯視結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的俯視結構示意圖A-A剖視圖。

圖3為局部“V”型連接通道中的混合渦輪結構放大圖。

其中：1.“V”型進樣口一；2.“V”型通道；3.氣體入口；4.氣室通道；5.渦輪結構；6.弧形通道一；7.培養(yǎng)區(qū)；8.通氣道；9.氣室；10.廢液池；11.排出通道；12.出口；13.芯片基底；14.氣體出口；15.弧形通道二；16.“U”型結構；17.“V”型進樣口二；18.直通道；

19.上片；20.下片。

具體實施方式

下面結合附圖1-3和實施例進一步對本發(fā)明加以說明。

具體實施例一

參照圖1的芯片形狀結構，芯片下片20的流體的通道高為800μm，寬為300μm。每個培養(yǎng)區(qū)7直徑5mm，中間有一個寬為60μm半圓弧形墻的“U”型結構16，其與圓柱形培養(yǎng)區(qū)7內壁相距5μm處。

操作步驟如下：先用注射泵在氣體入口3通入高純惰性氣體，氣體經氣室通道4到達氣室9，再經氣體出口14排出雜質氣體。再用注射泵在芯片的兩個“V”型進樣口一1和“V”型進樣口二17通入三級去離子水，去離子水通過渦輪結構5、弧形通道一6進入培養(yǎng)區(qū)7，繞過“U”型結構16、通過弧形通道二15進入廢液池10，繼續(xù)流入排出通道11，在出口12用泵吸出。連續(xù)通入三級去離子水2h以排除芯片內殘余的物質。然后，依據(jù)藥物篩選的藥物和藥物對象的病理腫瘤細胞，通過注射泵，將篩選藥物或目標細胞從“V”型進樣口一1或“V”型進樣口二17導入芯片的各個細胞培養(yǎng)區(qū)7，進行等量目標細胞的培養(yǎng)、藥物刺激、和細胞心態(tài)與細胞生殖的觀測。最后注入去離子水清洗。

具體實施例二

參照圖1-圖3的芯片形狀結構，芯片下片20的流體的通道高為1000μm，寬為600μm。每個培養(yǎng)區(qū)7直徑2mm，中間有一個寬為30μm半圓弧形墻的“U”型結構16，其與圓柱形培養(yǎng)區(qū)7內壁相距5μm處。

操作同具體實施例一。