[发明专利]一种基于微狭缝结构的全PDMS微流控细胞捕获芯片及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及PDMS微流控细胞捕获芯片及微流控细胞捕获控制。

背景技术

细胞是非常微小的具有独特生命活动的基本单元，传统的细胞研究通常以大量细胞样本为对象，期望获得同类细胞的普遍性质。然而，即使是同一类型的细胞之间也或多或少存在差异，因此这种分析实际上仅能提供整体细胞样本的平均响应，而忽略了单一细胞及细胞之间的详细信息。细胞行为的异质性无论对于细菌还是动物真核细胞都是其固有性质，在细胞生长、分化及感染等所有复杂生物事件中也是普遍存在的。因此，在生物及化学研究中，对实验条件的可控化，尤其是对于单细胞的控制，将有助于科学家对细胞调控机制和分子水平相互作用等基本生命过程的理解，也一直是推动科技不断发展的强大动力。目前，最成功的单细胞捕获及操纵当属膜片钳和激光光镊技术。前者是通过负压将一个单细胞捕获在单根玻璃微电极吸管端口，并用于记录细胞膜离子通道分子活动的单细胞分析技术。激光光镊技术是利用一束高度汇聚的激光形成的三维势阱来俘获和操控细胞、细胞器甚至生物大分子等大多数生物微粒。但这两种技术均需复杂仪器，且效率太低。

近些年发展起来的微流控技术或芯片实验室技术为细胞操控及分析提供了新的发展思路。基于微尺度下不同的物理化学原理，科学家已发展出具有各种功能和不同应用的微流控细胞芯片。作为细胞后续分析及研究的基本前提，细胞的分离和捕获，尤其是单细胞尺度上，几乎在所有微流控细胞分析装置中都是重要一环。目前，用于芯片上细胞分离和捕获的手段涉及光、电、声、磁、流体力学、机械加工以及化学方法等众多领域，主要分为接触式和非接触式两种。光、电、声、磁等作用都为非接触式。光学手段是激光光镊技术与芯片技术的结合，利用了多数芯片如玻璃、PDMS及其他高分子材料的透明特性，它可实现单细胞捕获和操控，但其涉及仪器复杂，操控单一，限制较多。电学方法是与微流控芯片最成功的结合手段，不仅有利于仪器集成，且有多种作用方式，如电渗、电泳、介电电泳（nDEP, pDEP）等方式，不仅可进行群体细胞的捕获和分离， 还可实现单细胞捕获。但是这种方式往往需要在芯片上集成精细电极，需要复杂的电源控制；另外，电压对细胞活性及溶液体系都有不利的影响。声学和磁学是新兴的非接触式细胞控制手段，但其控制效果有限，很难实现单细胞捕获和操控。化学方法作为一种选择性强，生物兼容性好的方法在微流控芯片上的应用日益广泛。它往往结合微机械加工手段通过化学修饰实现区域化的细胞粘附和结合，可达到单细胞选择性捕获，通常用于细胞培养、免疫分析等，但其捕集效率较差，控制力较弱，且需要复杂的化学修饰处理。还有一种化学方法是利用水凝胶包裹细胞形成捕获，这种方法作用温和，但其可操作性较差。微机械加工技术结合流体力学控制用于整体及单个细胞样本的捕获是目前最有效的细胞固定方式。这种技术往往通过加工尺寸与细胞相匹配的微井、微孔、微坝、微狭缝及微管道等几何陷阱或障碍来捕获细胞，不仅可形成开放阵列体系，还可以在微通道中实现对细胞的控制。这种方法无需其他控制手段和仪器，对细胞无损伤，可兼容其他分析或控制方法，可在单细胞尺度上研究其刺激响应、相互作用以及迁移、分化、凋亡等生理过程，尤其适用于对悬浮细胞进行研究。其缺点是对微加工技术要求较高，在普通化学实验室中难以实现。

因此，探寻一种简单通用的，采用常规加工手段即可实现的芯片制作方法，及在普通实验室中即可实现的高效率、高分辨率的细胞捕获方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于避免昂贵设备及精细未加工手段的使用，而提供一种制作简单的、高效通用的微流控细胞捕获方法，用于拓展普通实验室中对细胞进行研究的有效手段。

本发明的目的通过如下措施来达到：

一种双层结构的细胞捕获芯片，它是基于微狭缝结构的全聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控细胞捕获芯片，它由上下两片固化的聚二甲基硅氧烷薄片构成，，在聚二甲基硅氧烷薄片上分别制作有不同尺寸及形状的微型下凹通道，上、下两片聚二甲基硅氧烷叠合时，使上、下两层通道沿边缘相互平行交错，形成10±5μm的单个或多个狭缝，该狭缝用于阻挡细胞形成对有限数量细胞的可控捕获。

上述的双层结构细胞捕获芯片，所述的通道狭缝可以通过通道对准键合的方法制得。

上述的双层结构细胞捕获芯片，所述的通道狭缝长度及数量可以通过不同通道组合和对准方法进行调控。

上述的双层结构细胞捕获芯片，可通过调整狭缝的长度和大小对捕获细胞的数量进行控制，可形成从单个细胞到几十个细胞的有效捕获。