專利名稱：一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種細(xì)胞芯片及其細(xì)胞培養(yǎng)方法，尤其涉及的是一種自動 化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片及其細(xì)胞培養(yǎng)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，細(xì)胞芯片是以活細(xì)胞作為研究對象的一種生物芯片技術(shù)， 它是為適應(yīng)后基因組時代人類對生命科學(xué)探索的要求而產(chǎn)生的。細(xì)胞芯片 既保持了傳統(tǒng)的細(xì)胞研究方法的優(yōu)點，如原位檢測等，又滿足了高通量、 大樣本以及快速獲取活細(xì)胞信息等方面的要求。它使人類可有效利用成百 上千個自然或處于特定狀態(tài)下的細(xì)胞抹或細(xì)胞系，來研究特定基因及其所 表達(dá)的蛋白質(zhì)與疾病之間的相互關(guān)系，對于科研、開發(fā)、疾病診斷、藥物 治療靶點的篩選、細(xì)胞定位、抗體藥和新藥的篩選等方面均有十分廣泛的 實用價值。
為了實現(xiàn)高通量、快速的活細(xì)胞分析，研究人員從微型化和自動化兩 方面入手，發(fā)展了多種不同的實驗技術(shù)，從微孔板技術(shù)到微陣列技術(shù)，再
到近幾年發(fā)展起來的微流控技術(shù)。微流控是一種在微米尺度的流il內(nèi)對納
升或皮升量級的液體進(jìn)行操縱的技術(shù)，是目前快速發(fā)展的多學(xué)科高度交叉 的科技前沿領(lǐng)域之一。
孩￡流道尺寸(通常10 ~ 100拜)與典型的哺乳類細(xì)胞尺寸(10，~ 20拜) 處于相同量級，并且微尺度下傳熱、傳質(zhì)較快，所以在微流控系統(tǒng)內(nèi)容易 形成與生理狀態(tài)相似的細(xì)胞培養(yǎng)微環(huán)境。微流控芯片是一種高度平行化、 自動化的集成微型芯片，具有在數(shù)平方厘米的面積上集成成千上萬個體積僅在納升或皮升量級的細(xì)胞培養(yǎng)微單元的潛力。
越來越多的研究表明，微流控技術(shù)將成為細(xì)胞芯片研究的一個極其重 .要的技術(shù)平臺。目前國內(nèi)外的科學(xué)家們已發(fā)展了多種微流控細(xì)胞芯片。目 前用于微流控細(xì)胞芯片的細(xì)胞主要是通過傳統(tǒng)方法培養(yǎng)的。
傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)需要用到多種實驗容材，如培養(yǎng)瓶、超凈無菌臺、離 心機(jī)等，須由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員來完成。而且通常情況下，細(xì)胞培養(yǎng)過 程中每周都要至少傳代兩次。因此，傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)過程是一件費(fèi)時耗力 的工作，如果涉及到同時進(jìn)行數(shù)十種，甚至上百種細(xì)胞培養(yǎng)，.更是一項浩 大的任務(wù)，幾乎決定了通過細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行研究的進(jìn)程將是非常緩慢的。
因此，現(xiàn)有4支術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)微疼控芯片裝置及其方法， 針對現(xiàn)有技術(shù)已有的上述缺陷，設(shè)直一種微流控芯片及方法實現(xiàn)自動化細(xì) 胞培養(yǎng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
一種自動化細(xì)胞培##流控芯片裝置，其中，包括依次序連通的多個微 培養(yǎng)單元，用于納置培養(yǎng)液及待培養(yǎng)的細(xì)胞；在每一所述微培養(yǎng)單元中設(shè) 置有多個微結(jié)構(gòu)，用于捕捉所述培養(yǎng)液中的細(xì)胞。
所述的裝置，其中，所述微培養(yǎng)單元之間還設(shè)置有一微閥，用于開關(guān)控 制所述微培養(yǎng)單元以進(jìn)行懸浮培養(yǎng)細(xì)胞。
所述的裝置，其中，所述微培養(yǎng)單元還橫向分布設(shè)置有多列，用于培養(yǎng) 多種細(xì)胞。
所球的裝置，其中，每一所述微培養(yǎng)單元中設(shè)置有八個微結(jié)構(gòu)。 所述的裝置，其中，每一所述微培養(yǎng)單元中設(shè)置有三個微結(jié)構(gòu)。 一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)的方法，其包括以下步驟A、 把細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，注入到已構(gòu)建有微結(jié)構(gòu)的細(xì)胞培養(yǎng)微單元 中，以使細(xì)胞被微結(jié)構(gòu)捕獲；
B、 進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)；
C、 待細(xì)胞培養(yǎng)達(dá)到合適的密度后，從所述微培養(yǎng)單元移出大多數(shù)細(xì)胞， .作為細(xì)胞來源用于細(xì)胞生物學(xué)實驗；
D、 進(jìn)入下一步的培養(yǎng)，即循環(huán)到步驟B。
所述的方法，其中，所述步驟C還包括Cl、輸入胰酶消化細(xì)胞；C2、 輸入培養(yǎng)液。
所述的方法，其中，在所述步驟B中還包括關(guān)閉微培養(yǎng)單元之間的一 微閥以進(jìn)行懸浮細(xì)胞培養(yǎng)。
本發(fā)明所提供的一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)孩i流控芯片裝置及其方法，由于采 用了陣列設(shè)置的微培養(yǎng)單元，實現(xiàn)了高效自動化的細(xì)胞培養(yǎng)過程，其實現(xiàn) 方式簡單方便。


圖1為本發(fā)明自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置中適于貼壁依賴性細(xì)胞 的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置中適于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的 結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明自動化細(xì)胞培，流控方法中的流程示意圖； 圖4為本發(fā)明自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置的微篩結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。 本發(fā)明自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置及其方法中，設(shè)計實現(xiàn)了 一種自 動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置，該微流控芯片裝置由呈陣列分布的微培養(yǎng)單元110構(gòu)成，如圖1和圖2所示的，每個微培養(yǎng)單元110中含有數(shù)個可用于 捕獲細(xì)胞的微結(jié)構(gòu)lll,根據(jù)待培養(yǎng)的細(xì)胞種類不同，微流控芯片結(jié)構(gòu)可分 為兩種。
如圖l所示結(jié)構(gòu)是適合于貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)所用微流控芯片裝置， 呈橫向或縱向排列有多行或列微培養(yǎng)單元110，每一行或列的微蜂養(yǎng)單元 110依次連通，并在每一個微培養(yǎng)單元110中設(shè)置有多個微結(jié)構(gòu)111，用于捕 捉待培養(yǎng)的細(xì)胞。
如圖2所示的結(jié)構(gòu)是適合于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)所用微流控芯片裝置， 其與圖l所示的微培養(yǎng)單元陣列方式可以相同，并在同列或行的微培養(yǎng)單元 110之間設(shè)置有一微閥112,用于控制細(xì)胞在微培養(yǎng)單元110中懸浮培養(yǎng)。在 每一微培養(yǎng)單元l IO中也設(shè)置有多個微結(jié)構(gòu)111 ，用于捕捉培養(yǎng)的細(xì)胞。
本發(fā)明方法的所述貼壁依賴性細(xì)胞在微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片中的培養(yǎng)過 程，如圖3所示，其包括步驟
步驟S1、把細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，再注入到已構(gòu)建有微結(jié)構(gòu)的細(xì)胞培 #^1單元中，細(xì)胞將會被孩史結(jié)構(gòu)捕獲；
步驟S2、進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞貼壁生長；
步驟S3、待細(xì)胞培養(yǎng)達(dá)到合適的密度后，輸入胰酶消化細(xì)胞，再輸入 培養(yǎng)液，大多數(shù)細(xì)胞將會被轉(zhuǎn)移出微培養(yǎng)單元，作為細(xì)胞來源用于細(xì)胞生 物學(xué)實驗；
步驟S4、在輸入培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移細(xì)胞的同時，少數(shù)細(xì)胞會被微結(jié)構(gòu)自動重 新捕獲，進(jìn)入下一步的培養(yǎng)，即循環(huán)到步驟S2。
循環(huán)上述細(xì)胞培養(yǎng)過程,可以實現(xiàn)自動化細(xì)胞培養(yǎng),且不管周期多少次， 所需人工極大減少。
本發(fā)明方法中的懸浮培養(yǎng)細(xì)胞在微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片中的培養(yǎng)過程，同 樣參照圖3所示，其包括步驟
步驟S1'、把細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，再注入到已構(gòu)建有微結(jié)構(gòu)的細(xì)胞培養(yǎng)微單元中，細(xì)胞將會被微結(jié)構(gòu)捕獲；
步驟S2，、關(guān)閉微閥112后進(jìn)行在微培養(yǎng)單元中的細(xì)胞培養(yǎng)；
步驟S3'、細(xì)胞培養(yǎng)達(dá)到合適的濃度后，打開微閥，輸入培養(yǎng)液，多數(shù) 細(xì)胞將會被轉(zhuǎn)移出樣￡培養(yǎng)單元，作為細(xì)胞來源用于細(xì)胞生物學(xué)實驗；
步驟S4，、在輸入培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移細(xì)胞的同時，少數(shù)細(xì)胞會被微結(jié)構(gòu)自動重 新捕獲，進(jìn)入下一步的培養(yǎng)，循環(huán)至步驟S2，執(zhí)行。對所述微閥112的控制可 以通過電路自動控制實現(xiàn)。
循環(huán)上述培養(yǎng)過程，可以實現(xiàn)自動化的細(xì)胞培養(yǎng)。
本發(fā)明微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片裝置采用的是一種高擴(kuò)展性的芯片結(jié)構(gòu)，可 以在橫向和縱向上進(jìn)行擴(kuò)展，在橫向上擴(kuò)展可以實現(xiàn)同時進(jìn)行多種細(xì)胞培 養(yǎng)，在縱向上擴(kuò)展可以增加單種細(xì)胞的培養(yǎng)數(shù)量，因此，這樣可以大大減 少細(xì)胞培養(yǎng)所需要的工具、空間和時間，可以同時進(jìn)行多種細(xì)胞自動化培 養(yǎng)，可極大提高細(xì)胞培養(yǎng)的效率。
以下舉更具體實施例做說明
實施例l.用于貼壁依賴性細(xì)胞自動化培養(yǎng)的微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片 芯片材料為塑料，含有24 x 24微培養(yǎng)單元陣列，每個微培養(yǎng)單元內(nèi)含 有8個微篩即所述^t結(jié)構(gòu)，用于捕獲細(xì)胞。芯片結(jié)構(gòu)和^L篩結(jié)構(gòu)可參照圖1 所示。使用該微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片可以同時進(jìn)行24種貼壁依賴性細(xì)胞的自 動化培養(yǎng)(24列)，并可以對每一種細(xì)胞^L24個微培養(yǎng)單元的培養(yǎng)。 實施例2.用于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞自動化培養(yǎng)的微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片 芯片材料為硅膠，含有96 x 96微培養(yǎng)單元陣列，每個微培養(yǎng)單元內(nèi)含 有3個半圓形孩i:篩，用于捕獲細(xì)胞。芯片部分結(jié)構(gòu)和微篩結(jié)構(gòu)如圖4所示， 使用該微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片可以同時進(jìn)行96種懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的自動化培 養(yǎng)，每一種細(xì)胞可以用96個微培養(yǎng)單元進(jìn)行培養(yǎng)。
綜上所述，本發(fā)明裝置和方法方便了對多種細(xì)胞的多數(shù)量自動化培養(yǎng)， 提高了細(xì)胞培養(yǎng)的效率，并且減少了培養(yǎng)的時間和空間，為一種非常優(yōu)異的細(xì)胞生物化學(xué)研究工具和方法。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實施例的描述較為具體，并不能因 此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所 附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置，其特征在于，包括依次序連通的多個微培養(yǎng)單元，用于納置培養(yǎng)液及待培養(yǎng)的細(xì)胞；在每一所述微培養(yǎng)單元中設(shè)置有多個微結(jié)構(gòu)，用于捕捉所述培養(yǎng)液中的細(xì)胞。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微培養(yǎng)單元之間還 設(shè)置有一微閥，用于開關(guān)控制所述微培養(yǎng)單元以進(jìn)行懸浮培養(yǎng)細(xì)胞。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述微培養(yǎng)單元還 橫向分布設(shè)置有多列，用于培養(yǎng)多種細(xì)胞。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每一所述微培養(yǎng)單元中 設(shè)置有八個微結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每一所述微培養(yǎng)單元中 設(shè)置有三個微結(jié)構(gòu)。
6、 一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)的方法，其包括以下步驟:A、 把細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)液中，注入到已構(gòu)建有微結(jié)構(gòu)的細(xì)胞培^#單元 中，以4吏細(xì)胞^皮孩史結(jié)構(gòu)捕獲；B、 進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)；C、 待細(xì)胞培養(yǎng)達(dá)到合適的密度后，從所述微培養(yǎng)單元移出大多數(shù)細(xì)胞， 作為細(xì)胞來源用于細(xì)胞生物學(xué)實驗；D、 進(jìn)入下一步的培養(yǎng)，即循環(huán)到步驟B。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟C還包括Cl、 輸入胰酶消化細(xì)胞；C2、輸入培養(yǎng)液。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟B中還包括 關(guān)閉微培養(yǎng)單元之間的一微閥以進(jìn)行懸浮細(xì)胞培養(yǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動化細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片裝置及其方法，其裝置包括依次序連通的多個微培養(yǎng)單元，用于納置培養(yǎng)液及待培養(yǎng)的細(xì)胞；在每一所述微培養(yǎng)單元中設(shè)置有多個微結(jié)構(gòu)，用于捕捉所述培養(yǎng)液中的細(xì)胞。本發(fā)明裝置及其方法由于采用了陣列設(shè)置的微培養(yǎng)單元，實現(xiàn)了高效自動化的細(xì)胞培養(yǎng)過程，其實現(xiàn)方式簡單方便。
文檔編號C12M3/02GK101285036SQ20081006727
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者王站會 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院