[发明专利]一种实时观察和处理悬浮细胞的微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于实时观察和处理悬浮细胞的微流控芯片，包括有微流控通道的上层基片以及与该上层基片封合的下层底片；所述上层基片中的微流控通道由双乳化液滴产生区、双乳化液滴缓冲存储区、双乳化液滴锚定区、多余液滴排出通道、锚定液滴排出通道组成；所述下层底片由玻璃片及涂覆在玻璃片表面的高分子材料薄膜组成。本发明的微流控芯片具有良好的生物兼容性、热稳定性和气体通透性，适宜对于细胞进行处理；适宜采用显微镜技术和荧光染色技术，实时动态观察细胞。本发明的微流控芯片可以通过外部泵提供驱动力对流体进行精确操控，实现悬浮细胞、培养基、缓冲液和用于对悬浮细胞处理的生化试剂的输入的时间和空间控制。本发明的微流控芯片可以实现悬浮细胞的单细胞处理及实时观察。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，具体指一种用于实时观察和处理悬浮细胞的微流控芯片及其制备方法和应用，该芯片能够将悬浮细胞以单细胞形式包覆在双乳化液滴中并固定在芯片内部确定位置，能批量地对单个悬浮细胞进行实时观察及生化处理。

背景技术

微流控芯片是指通过微纳加工技术在很小面积的一块衬底材料上制作加工的微型单元,可以实现对于样本的生化处理。微流控芯片技术以微米尺度的流体通道网络为结构特征，利用特殊微纳结构对于微量液体进行精确控制，一方面能够将常规生化实验室的检测分析等技术手段集成在几平方厘米的芯片中，实现集成化、自动化和小型化，另一方面利用微小空间尺度下流体运动的独特规律为化学和生物学研究提供新的研究思路和相应技术手段。

由于微流控芯片在流体控制的尺寸精度上与细胞契合，微流控芯片技术在与细胞相关的研究，尤其是单细胞研究中具有广阔的前景。目前利用微流控芯片研究单细胞的手段主要是将细胞包覆在单乳化液滴(油包水液滴)之中，或者利用油性溶液将培养溶液和其中的细胞分隔在单独的微腔室之中。但是这类方法由于以油性液体为工作液，氧气等营养物质无法足量溶解，难以给细胞提供充足的持续的养分供给；同时，用于处理细胞的各类生化试剂也不易溶解，难以完成对细胞的生化处理。虽然在微流控芯片中可以将细胞包覆在水凝胶内实现为细胞提供供给或向细胞输送生化处理试剂，这种方法只能提供水凝胶环境，仅适用于贴壁细胞的单细胞研究。作为细胞两大分类中另一大类的悬浮细胞需要液体生存环境，此种方法并不适用。

双乳化液滴(水包油包水液滴)一般是指在水性溶液中分散的油性液滴内又包含有水性液滴的具有双层结构的乳化液体系。该体系的内外相的水性溶液相互分隔，其性质可以相同或者不同，同时内外相的水性溶液之间能够发生一定的物质交换。这种特性使得双乳化液滴在长时间培养单细胞、可控调节细胞所处环境等应用方面有巨大潜力。

发明内容

本发明提供了一种利用双乳化液滴进行实时观察和处理悬浮细胞的微流控芯片及其制备方法和应用，可实现单个悬浮细胞的实时观察及生化处理，可用于单细胞分析、细胞时空行为观察、药物筛选等方面的研究。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于实时观察和处理悬浮细胞的微流控芯片，包括有微流控通道的上层基片以及与该上层基片封合的下层底片；所述上层基片中的微流控通道由双乳化液滴产生区、双乳化液滴缓冲存储区、双乳化液滴锚定区、多余液滴排出通道、锚定液滴排出通道组成；所述双乳化液滴产生区连接所述双乳化液滴缓冲存储区；所述双乳化液滴锚定区一端连接双乳化液滴缓冲存储区，另一端连接锚定液滴排出通道；所述多余液滴排出通道连接所述双乳化液滴缓冲存储区；所述下层底片由玻璃片及涂覆在玻璃片表面的高分子材料薄膜组成；

所述双乳化液滴产生区用于产生包覆单个悬浮细胞的双乳化液滴，以及为芯片内部锚定的悬浮细胞提供生化处理试剂；所述双乳化液滴缓冲存储区用于暂时存储生成的双乳化液滴；所述双乳化液滴锚定区设有若干圆形微腔室，用于捕获和锚定单个双乳化液滴；所述多余液滴排出通道用于排出过量的双乳化液滴；所述锚定液滴排出通道用于排出经过处理后的包覆有悬浮细胞的双乳化液滴以实现回收。

所述微流控芯片上层基片的材料、下层底片的涂覆材料均为聚二甲基硅氧烷材料；所述下层底片的材料为玻璃。