[发明专利]一种流式单细胞动力学特性分析芯片、系统及方法

权利要求书

1.一种流式单细胞动力学特性分析芯片，其特征在于，所述的流式单细胞动力学特性分析芯片为微流控芯片(1)包括鞘流入口(1-1)、鞘流通道(1-2)、细胞悬浮液入口(1-3)、细胞悬浮液注入通道(1-4)、细胞变形测量区域(1-5)和流体出口(1-6)；鞘流入口(1-1)连接两条鞘流通道(1-2)；细胞悬浮液入口(1-3)连接细胞悬浮液注入通道(1-4)；相同的两条鞘流通道(1-2)对称设置于细胞悬浮液注入通道(1-4)两侧，且鞘流通道(1-2)和细胞悬浮液注入通道(1-4)交汇于细胞变形测量区域(1-5)的上游，细胞在鞘流作用下聚焦于流道中央并通过细胞变形测量区域(1-5)，之后通过流体出口(1-6)流出芯片；

所述的细胞变形测量区域(1-5)的流道宽度呈周期性变化；基于边界效应和连续性定理，细胞变形测量区域(1-5)的流道中液体流速也呈周期性变化，从而向流过流道的细胞施加振荡应力，振荡应力包括正应力和切应力；细胞在振荡应力作用下发生变形和松弛；细胞受到的振荡应力的波形、幅值和频率由流道边界形状和流速调控；通过控制芯片上鞘流和细胞悬浮液入口流速，能实现宽频带和连续频率的振荡应力的加载。

2.根据权利要求1所述的一种流式单细胞动力学特性分析芯片，其特征在于，细胞变形测量区域(1-5)的形状设计遵循流道宽的地方流速小，细胞所受应力也小，流道窄的地方流速大且应力也大的原则；并且流道两侧边界形状关于流道中轴呈镜像对称。

3.根据权利要求2所述的一种流式单细胞动力学特性分析芯片，其特征在于，边界形状为正弦波形或三角波形。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种流式单细胞动力学特性分析芯片，其特征在于，所述鞘流通道(1-2)的流量应大于细胞悬浮液注入通道(1-4)的流量，使悬浮液中细胞有效聚焦于流道中间，并且细胞与细胞之间保持足够大间距，避免细胞间相互影响，且便于测量。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种流式单细胞动力学特性分析芯片，其特征在于，细胞变形测量区域(1-5)的流道最小宽度应大于细胞直径，避免细胞接触流道壁或堵塞通道；控制细胞变形测量区域(1-5)的总长度，使得细胞在细胞变形测量区域(1-5)上游和下游处受到的振荡应力幅值相等。

6.一种流式单细胞动力学特性分析系统，其特征在于，所述的系统包括动态应力加载系统和外围测量系统；所述动态应力加载系统包括权利要求1-5任一所述的一种流式单细胞动力学特性分析的微流控芯片(1)、鞘流注射器(2)、细胞悬浮液注射器(3)和废液回收装置(4)；所述外围测量系统包括显微镜和高速摄像机(5)和图像处理分析系统(6)；

所述的鞘流注射器(2)和细胞悬浮液注射器(3)分别与鞘流入口(1-1)和细胞悬浮液入口(1-3)相连；所述的废液回收装置(4)与流体出口(1-6)相连；显微镜和高速摄像机(5)与图像处理分析系统(6)相连，显微镜和高速摄像机(5)设置于微流控芯片(1)的上方，用于记录细胞通过变形测量区域1-5时的形态变化，并据此分析单细胞的动力学特性；细胞变形测量区域(1-5)的总长度应控制使整个测量区域在显微镜视野范围内。