一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控技術(shù)領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)分析中的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體是基于微流控芯片的細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)指的是細(xì)胞在體外條件下的生長，在培養(yǎng)的過程中細(xì)胞不再形成組織(動(dòng)物)。培養(yǎng)物是單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞群。細(xì)胞在培養(yǎng)時(shí)都要生活在人工環(huán)境中，由于環(huán)境的改變，細(xì)胞的移動(dòng)或受一些其他因素的影響，培養(yǎng)時(shí)間加長，傳代導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)單一化型。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用是直接觀察活細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)，用于細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)和腫瘤學(xué)等多種學(xué)科研究，直接觀察細(xì)胞的變化可便于攝影，便于使用各種技術(shù):相差、熒光、電鏡、組化、同位素標(biāo)記等方法觀察和研究細(xì)胞狀況，是分子生物學(xué)和基因工程學(xué)的研究對象，也是其主要的組成部分。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)易于施用物理、化學(xué)生物的實(shí)驗(yàn)研究，易于提供大量生物性狀相似的實(shí)驗(yàn)對象，成為生物制品單克隆抗體生產(chǎn)和基因工程等的材料來源。組織和細(xì)胞離體后獨(dú)立生存在人工的培養(yǎng)環(huán)境中，雖然模擬體內(nèi)環(huán)境，仍有很大差異。因而利用培養(yǎng)細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不應(yīng)視為體內(nèi)細(xì)胞完全相同，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測體內(nèi)，輕易做出與體內(nèi)等同的結(jié)論。
[0003]目前，對于基于微流控芯片的細(xì)胞的培養(yǎng)與鑒定技術(shù)，在中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?01310447486.9的文獻(xiàn)中提出了一種用于微量細(xì)胞培養(yǎng)的微流控芯片，微流控芯片由細(xì)胞進(jìn)樣入□、細(xì)胞進(jìn)樣通道、細(xì)胞培養(yǎng)小室、側(cè)通道、排液通道、排液出□構(gòu)成，將包含細(xì)胞的培養(yǎng)液從細(xì)胞進(jìn)樣入口加入裝置，細(xì)胞經(jīng)由細(xì)胞進(jìn)樣通道，進(jìn)入到細(xì)胞培養(yǎng)小室中，多余培養(yǎng)液經(jīng)側(cè)通道進(jìn)入排液通道后從排液出口流出。但是該裝置缺少對培養(yǎng)液的配比處理環(huán)節(jié)，細(xì)胞所需的培養(yǎng)溶液的濃度無法確定，不能對培養(yǎng)液的濃度配比進(jìn)行記錄，也無法比較此培養(yǎng)液是否適宜細(xì)胞的存活。此外，在培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，溶液不能重復(fù)利用，造成了某種程度上的浪費(fèi)，從而增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有基于微流控芯片的細(xì)胞的培養(yǎng)與鑒定技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置與方法，利用壓電微閥的通斷來達(dá)到稀釋培養(yǎng)溶液的作用，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)溶液濃度的梯度，能確定出適宜細(xì)胞培養(yǎng)溶液濃度。
[0005]本發(fā)明一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置采用的技術(shù)方案是:包括圓盤狀的微流控芯片，微流控芯片中心處是培養(yǎng)室，培養(yǎng)室正上方設(shè)有成像裝置，微流控芯片從培養(yǎng)室外沿直徑方向設(shè)有隔離且密封的內(nèi)外兩層，內(nèi)層中設(shè)有干粉溶液進(jìn)樣池、血清溶液進(jìn)樣池、癌細(xì)胞進(jìn)樣池和一個(gè)廢水池，外層是一圈外層水道，每個(gè)所述進(jìn)樣池分別經(jīng)一個(gè)進(jìn)樣通道連接培養(yǎng)室，廢水池經(jīng)廢水通道連接培養(yǎng)室，在微流控芯片的下方布置一個(gè)電磁鐵和一個(gè)連接電磁鐵的直流電源，在微流控芯片的上方布置了三個(gè)溶液注射針筒，每個(gè)溶液注射針筒分別經(jīng)一根軟管伸入一個(gè)所述進(jìn)樣池內(nèi)部；微流控芯片外部設(shè)有向外層水道內(nèi)注入水溶劑的水注射針筒，在外層水道與靠近進(jìn)樣池這一端的每個(gè)進(jìn)樣通道之間連接多個(gè)并列的稀釋支路，每個(gè)稀釋支路上裝有一個(gè)壓電微閥，壓電微閥中有壓電盤，每個(gè)壓電盤均串接一個(gè)電磁繼電器后連接直流電源，每個(gè)電磁繼電器均串接一個(gè)驅(qū)動(dòng)器后連接微控制器。
[0006]本發(fā)明一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法采用的技術(shù)方案是:其特征是包括:
A、用溶液注射針筒對干粉溶液進(jìn)樣池和血清溶液進(jìn)樣池進(jìn)行培養(yǎng)溶液加樣處理，加樣結(jié)束后，通過微控制器對電磁繼電器進(jìn)行控制，對稀釋支路上的壓電微閥內(nèi)的壓電盤控制，微控制器選取所要控制的電磁繼電器的數(shù)量，即選取稀釋支路上的壓電微閥開斷的數(shù)量，通過電磁繼電器控制壓電盤的吸合以控制壓電閥的開斷；
B、稀釋所需要的水通過外層水道經(jīng)過稀釋支路到達(dá)進(jìn)樣通道，與培養(yǎng)溶液進(jìn)行過濾和混合后進(jìn)入培養(yǎng)室，通過排列組合每個(gè)稀釋支路的開斷達(dá)到多樣的稀釋，以設(shè)定不同的溶液濃度配比；
C、癌細(xì)胞樣液從癌細(xì)胞進(jìn)樣池單獨(dú)進(jìn)樣，癌細(xì)胞樣液進(jìn)樣時(shí)不進(jìn)行稀釋，癌細(xì)胞樣液與干粉、血清培養(yǎng)溶液同時(shí)進(jìn)入培養(yǎng)室。
[0007]進(jìn)一步地，采用成像裝置采集培養(yǎng)室的圖像，得到細(xì)胞培養(yǎng)后的圖形，并記錄圖像，形成多組的圖形對比，確定最適宜細(xì)胞存活的濃度組合。
[0008]本發(fā)明與已有方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明微流控實(shí)驗(yàn)裝置采用了多個(gè)壓電微閥，這樣可以控制水通道的數(shù)量，達(dá)到對培養(yǎng)液濃度稀釋的目的，能實(shí)現(xiàn)多種濃度的稀釋，為細(xì)胞培養(yǎng)所需的溶液濃度提供了選擇性，方便了實(shí)驗(yàn)的操作，稀釋和培養(yǎng)方法消耗少，節(jié)省成本，效率高。
[0009](2)本發(fā)明微流控實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置了一個(gè)微控制器，通過控制壓電微閥的開斷，形成培養(yǎng)液的濃度梯度，以供細(xì)胞的培養(yǎng)，具有速度快、效果好和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0010](3)本發(fā)明微流控實(shí)驗(yàn)裝置操作簡單，用注射針筒就能把培養(yǎng)溶液注入進(jìn)樣池，軟塞管內(nèi)設(shè)有溶液的預(yù)處理過程，可減少進(jìn)樣的雜質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溶液的提取工作。
[0011](4)本發(fā)明裝置采用了過濾技術(shù)，提高樣品純度，減小了培養(yǎng)中雜質(zhì)對細(xì)胞生長的影響。
[0012](5)本發(fā)明所述微流控實(shí)驗(yàn)裝置采用卡片式雜質(zhì)過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，便于濾網(wǎng)的清洗及更換，從而保證培養(yǎng)液進(jìn)樣通道的潔凈。
[0013](6)本發(fā)明微流控實(shí)驗(yàn)裝置在反應(yīng)區(qū)放置了一個(gè)磁針，這樣在溶液通入培養(yǎng)池時(shí)，磁針的擾動(dòng)能使細(xì)胞與培養(yǎng)溶液充分混合。
【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明所述的一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置去掉成像裝置和微控制器30后的微流控芯片6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部連接結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖3是圖2中微流控芯片6內(nèi)部的進(jìn)樣池、進(jìn)樣通道和培養(yǎng)室的連接結(jié)構(gòu)俯視放大示意圖； 圖4是圖3中過濾網(wǎng)19結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖5是圖3中卡片式過濾器20結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖6是圖3中混合組件21結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖7是圖2中稀釋支路和壓電微閥的安裝位置的俯視放大示意圖；
圖8是圖7中單個(gè)壓電微閥的結(jié)構(gòu)放大圖；
圖9是微控制器30與受控部件的連接圖；
圖10是本發(fā)明所述的一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法流程圖。
[0016]附圖中各部件的序號和名稱:I:計(jì)算機(jī)，2:目鏡，3:圖像采集卡，4: CXD攝像機(jī)，5:物鏡，6:微流控芯片，7:溶液注射針筒，8:軟塞管，9:軟管，10:外層水道，11:干粉溶液進(jìn)樣池，12:雜質(zhì)過濾組件，13:培養(yǎng)室，14:磁針，15:血清溶液進(jìn)樣池，16:癌細(xì)胞進(jìn)樣池，17:廢水池，18:壓電微閥，19:過濾網(wǎng)，20:卡片式過濾器，21:混合組件，22:硅膜，23:壓電盤，24:玻璃板，25:電磁鐵，26:直流電源，27:內(nèi)肋型微柱，28:微通道，29:雜質(zhì)過濾器，30:微控制器，31:驅(qū)動(dòng)器，32:電磁繼電器，33:水注射針筒。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見圖1，圖1為本發(fā)明所述的一種用于細(xì)胞培養(yǎng)條件優(yōu)化控制的微流控實(shí)驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖，該微流控實(shí)驗(yàn)裝置包括成像裝置、微流控芯片6和微控制器30。其中成像裝置由計(jì)算機(jī)1、目鏡2、圖像采集卡3、CCD攝像機(jī)4、物鏡5組成。物鏡5位于微流控芯片6的正