本發(fā)明實(shí)施例涉及生物樣本預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種細(xì)胞裂解系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸等，由于含有生物體的遺傳和疾病等信息而在醫(yī)學(xué)臨床診斷、生命科學(xué)探索等研究中不可或缺。然而，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)與周圍環(huán)境被細(xì)胞膜(和細(xì)胞壁)隔開，這成為了阻礙胞內(nèi)物質(zhì)檢測(cè)的主要因素。細(xì)胞裂解，即通過(guò)破壞細(xì)胞膜(和細(xì)胞壁)從而使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)暴露于外部環(huán)境中，是獲取胞內(nèi)物質(zhì)的重要方法。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)是復(fù)雜的混合物，必須分離提純出生物大分子以便于進(jìn)行生化反應(yīng)和生化分析，細(xì)胞裂解的效果會(huì)直接影響到后續(xù)檢測(cè)。

現(xiàn)有技術(shù)中，細(xì)胞裂解有多種方法，包括：化學(xué)裂解、機(jī)械裂解、電裂解、光學(xué)裂解和熱裂解等等。而不同生物或同一生物的不同組織細(xì)胞差異很大，其裂解的難易程度也不同，使用的方法也不盡相同?；瘜W(xué)裂解法是最常用和最普遍的方法，其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)施，只需要將裂解液與樣品進(jìn)行混合攪拌，就可以使細(xì)胞裂解。然而，裂解液中的部分化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，也會(huì)在樣品中引入新雜質(zhì)，從而需要進(jìn)一步的分離步驟以消除裂解液帶來(lái)的影響，這極大的提高了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。除化學(xué)裂解之外，其他方法一般需要體積較大或?qū)ｉT的儀器對(duì)細(xì)胞進(jìn)行裂解，很難與后續(xù)分析儀器相結(jié)合。例如：近來(lái)微流控技術(shù)的發(fā)展使得細(xì)胞裂解裝置可以集成至一個(gè)芯片上，同時(shí)微流控芯片也可以提供一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境以避免外部環(huán)境對(duì)細(xì)胞樣品的污染。但是，細(xì)胞裂解芯片多利用尖銳的微機(jī)械結(jié)構(gòu)和狹窄溝道內(nèi)的摩擦力將芯片內(nèi)的細(xì)胞裂解，而破碎的細(xì)胞上脫落的細(xì)胞碎片很容易堵塞微流控芯片內(nèi)的微結(jié)構(gòu)。另外，現(xiàn)有的細(xì)胞裂解芯片都需要外接注射泵、蠕動(dòng)泵、真空泵等流體驅(qū)動(dòng)源，這導(dǎo)致細(xì)胞裂解裝置的體積通常比較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

因此，如何提出一種方案，能夠提高細(xì)胞裂解裝置的小型化，成為亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供一種細(xì)胞裂解系統(tǒng)和方法。

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提出一種細(xì)胞裂解系統(tǒng)，包括：

微流控芯片、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、和電源模塊；

所述微流控芯片包括基片層和柔性聚合物膜層，所述柔性聚合物膜層與所述基片層鍵合連接，所述基片層上設(shè)置有溝道，所述溝道的兩端設(shè)置有樣品入口和裂解細(xì)胞出口，所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口之間設(shè)置有細(xì)胞裂解區(qū)；

所述柔性聚合物膜層上在所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有通孔，用于液體從所述通孔流入或流出所述細(xì)胞裂解區(qū)；

所述驅(qū)動(dòng)模塊包括入口控制閥、出口控制閥和帶有擠壓裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述擠壓裝置在所述柔性聚合物膜層上所述細(xì)胞裂解區(qū)對(duì)應(yīng)的位置處進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和擠壓；

所述控制模塊與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于控制所述驅(qū)動(dòng)模塊運(yùn)動(dòng)，所述電源模塊與所述控制模塊和所述驅(qū)動(dòng)模塊分別連接，用于為所述控制模塊和所述驅(qū)動(dòng)模塊提供電能。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種細(xì)胞裂解方法，包括：

打開入口控制閥和出口控制閥，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擠壓裝置擠壓微流控芯片上細(xì)胞裂解區(qū)的溝道，從樣品入口吸入待裂解的細(xì)胞樣液；

關(guān)閉所述入口控制閥和所述出口控制閥，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述擠壓裝置擠壓所述細(xì)胞裂解區(qū)的溝道對(duì)應(yīng)的柔性聚合物膜層，以使所述細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的細(xì)胞樣液中的細(xì)胞破碎裂解。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)和方法，在微流控芯片外部設(shè)置驅(qū)動(dòng)模塊，該驅(qū)動(dòng)模塊即為微泵，該驅(qū)動(dòng)模塊不僅作為細(xì)胞裂解系統(tǒng)的流體驅(qū)動(dòng)源，還用于微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞的裂解，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體系統(tǒng)更加小型化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中細(xì)胞裂解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中微流控芯片基片層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中又一細(xì)胞裂解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中又一微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例又一微流控芯片基片層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的細(xì)胞裂解方法流程示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中人的nk細(xì)胞樣液循環(huán)裂解次數(shù)對(duì)應(yīng)的細(xì)胞裂解率示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中人的hek293細(xì)胞樣液循環(huán)裂解次數(shù)對(duì)應(yīng)的細(xì)胞裂解率示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中細(xì)胞裂解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)包括：微流控芯片01、驅(qū)動(dòng)模塊02、控制模塊03、和電源模塊04；

微流控芯片01包括基片層和柔性聚合物膜層，所述柔性聚合物膜層與所述基片層鍵合連接，所述基片層上設(shè)置有溝道，所述溝道上設(shè)置有樣品入口和裂解細(xì)胞出口，所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口之間設(shè)置有細(xì)胞裂解區(qū)；

所述柔性聚合物膜層上在所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有通孔，用于液體從所述通孔流入或流出所述細(xì)胞裂解區(qū)；

驅(qū)動(dòng)模塊02包括入口控制閥、出口控制閥和帶有擠壓裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述擠壓裝置在所述柔性聚合物膜層上所述細(xì)胞裂解區(qū)對(duì)應(yīng)的位置處進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和擠壓；

控制模塊03與驅(qū)動(dòng)模塊02連接，用于控制驅(qū)動(dòng)模塊02運(yùn)動(dòng)，電源模塊04與控制模塊03和驅(qū)動(dòng)模塊02分別連接，用于為控制模塊03和驅(qū)動(dòng)模塊02提供電能。

具體地，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)主要包括：微流控芯片01、驅(qū)動(dòng)模塊02、控制模塊03、和電源模塊04。電源模塊04主要用于為驅(qū)動(dòng)模塊02和控制模塊03提供電能，控制模塊03主要用于控制驅(qū)動(dòng)模塊02驅(qū)動(dòng)微流控芯片01內(nèi)的細(xì)胞樣液，驅(qū)動(dòng)模塊02還用于將微流控芯片01內(nèi)的細(xì)胞樣液進(jìn)行加壓破碎，以使該細(xì)胞樣液內(nèi)的細(xì)胞裂解。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的微流控芯片包括基片層11和柔性聚合物膜層12，其中基片層11和柔性聚合物膜層12鍵合連接，鍵合是指將兩片表面清潔、原子級(jí)平整的同質(zhì)或異質(zhì)半導(dǎo)體材料經(jīng)表面清洗和活化處理，在一定條件下直接結(jié)合，通過(guò)范德華力、分子力甚至原子力使晶片鍵合成為一體的技術(shù)。在基片層11上設(shè)置有溝道，圖3為本發(fā)明實(shí)施例中微流控芯片基片層的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在基片層11上設(shè)置溝道，溝道用于承載細(xì)胞樣液即待裂解的細(xì)胞液樣品，在溝道的兩端設(shè)置有樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132，在樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132之間設(shè)置有細(xì)胞裂解區(qū)14。其中溝道的具體形狀如圖3所示，當(dāng)然根據(jù)需要可以是設(shè)置為其他形狀，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。此外，溝道的橫截面可以為矩形，也可以為其他形狀如：圓柱形或底部?jī)蓚€(gè)角為弧形的矩形等，溝道的深度和寬度都可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。如圖2所示，在柔性聚合物膜層12上，樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有兩個(gè)通孔，用于液體從通孔通過(guò)樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132流入或流出細(xì)胞裂解區(qū)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中又一細(xì)胞裂解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在微流控芯片01上方，設(shè)置有驅(qū)動(dòng)模塊02，其中驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22下方帶有擠壓裝置23和24，以及入口控制閥26和出口控制閥27。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中的擠壓裝置為鋼珠，即擠壓裝置23和24分別為兩個(gè)鋼珠，結(jié)合圖3，實(shí)際上圖4中的鋼珠有3個(gè)，由于角度問(wèn)題，圖4中未示出。結(jié)合圖3、圖4，鋼珠設(shè)置在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22下方，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22帶動(dòng)鋼珠擠壓微流控芯片的柔性聚合物膜層12上基片層11上的細(xì)胞裂解區(qū)對(duì)應(yīng)的位置，如若有3個(gè)鋼珠23、24和25，則圖4中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22可以帶著鋼珠23、24和25擠壓圖3中對(duì)應(yīng)與細(xì)胞裂解區(qū)14中溝道的23、24和25三個(gè)位置，并可以沿溝道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22帶動(dòng)鋼珠擠壓基片層11上的細(xì)胞裂解區(qū)的溝道在柔性聚合物膜層12上對(duì)應(yīng)的位置處，并可以沿細(xì)胞裂解區(qū)的溝道的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的液體流動(dòng)。結(jié)合圖3，在微流控芯片的基片層上的溝道設(shè)置有樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)置有用于控制樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132打開或關(guān)閉的入口控制閥26和出口控制閥27。

實(shí)際處理時(shí)，可以通過(guò)柔性聚合物膜層12看到基片層11上的溝道以及樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132等，控制模塊03可以控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22帶動(dòng)擠壓裝置如鋼珠等擠壓柔性聚合物膜層12上對(duì)應(yīng)的溝道位置，同時(shí)控制入口控制閥26和出口控制閥27打開或關(guān)閉，以擠壓或抬起圖3中的溝道的對(duì)應(yīng)位置處：入口微閥凹槽121和出口微閥凹槽123處，以打開或關(guān)閉對(duì)應(yīng)的樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132。

需要說(shuō)明的是，圖4雖然未示出控制模塊和電源模塊，但是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、各個(gè)閥門的打開和關(guān)閉都是由控制模塊控制，具體控制方式可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)，在微流控芯片外部設(shè)置驅(qū)動(dòng)模塊，該驅(qū)動(dòng)模塊即為微泵，該驅(qū)動(dòng)模塊不僅作為細(xì)胞裂解系統(tǒng)的流體驅(qū)動(dòng)源，還用于微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞的裂解，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體系統(tǒng)更加小型化。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述基片層上還包括循環(huán)控制口，所述循環(huán)控制口設(shè)置在所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口之間的溝道內(nèi)，相應(yīng)的所述驅(qū)動(dòng)模塊還包括循環(huán)控制閥。

具體地，如圖3所示，在基片層的樣品入口131和裂解細(xì)胞出口132之間的溝道內(nèi)設(shè)置有循環(huán)控制口122，相應(yīng)的，如圖4所示驅(qū)動(dòng)模塊還包括循環(huán)控制閥28，用于控制循環(huán)控制口122的打開和關(guān)閉。結(jié)合圖3和圖4可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中的入口控制閥26、出口控制閥27和循環(huán)控制閥28設(shè)置在微流控芯片的柔性聚合物膜層12的正上方，其中入口控制閥26、出口控制閥27和循環(huán)控制閥28與基片層11中的樣品入口131、裂解細(xì)胞出口132和循環(huán)控制口122一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)入口控制閥26、出口控制閥27或循環(huán)控制閥28擠壓柔性聚合物膜層12對(duì)應(yīng)與基片層11的入口微閥凹槽121、出口微閥凹槽123以及循環(huán)控制口122時(shí)，可以關(guān)閉對(duì)應(yīng)的樣品入口131、裂解細(xì)胞出口132或循環(huán)控制口122，同樣的，若要打開對(duì)應(yīng)的樣品入口131、裂解細(xì)胞出口132和循環(huán)控制口122，則將相應(yīng)的入口控制閥26、出口控制閥27或循環(huán)控制閥28從柔性聚合物膜層12抬起即可。

此外，如圖4所示，所述入口控制閥、所述出口控制閥和所述循環(huán)控制閥為電磁閥。即入口控制閥26、出口控制閥27和循環(huán)控制閥28可以通過(guò)電磁鐵控制，當(dāng)然根據(jù)需要可以設(shè)置為其他方式控制的閥門，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)，在微流控芯片的溝道中設(shè)置循環(huán)控制口，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊中設(shè)置循環(huán)控制閥。當(dāng)驅(qū)動(dòng)模塊擠壓微流控芯片以裂解細(xì)胞樣液中的細(xì)胞時(shí)，可以打開循環(huán)控制閥，使得細(xì)胞樣液在細(xì)胞裂解區(qū)循環(huán)流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)模塊循環(huán)擠壓細(xì)胞裂解區(qū)對(duì)應(yīng)的微流控芯片，增加擠壓細(xì)胞的次數(shù)，提高了細(xì)胞裂解的效率和效果。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述基片層包括基板和包含所述溝道的柔性聚合物溝道層，所述柔性聚合物溝道層設(shè)置在所述基板和所述柔性聚合物膜層之間，所述柔性聚合物溝道層與所述基板粘接，并與所述柔性聚合物膜層鍵合連接。

具體地，圖5為本發(fā)明實(shí)施例中又一微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例中的微流控芯片的基片層11包括基板111和包含溝道的柔性聚合物溝道層112。柔性聚合物溝道層112設(shè)置在基板111和柔性聚合物膜層12之間，柔性聚合物溝道層112與基板111粘接，柔性聚合物溝道層112與柔性聚合物膜層12鍵合連接，其中粘接是借助膠粘劑在固體表面上所產(chǎn)生的粘合力，將同種或不同種材料牢固地連接在一起的方法。

其中，基板的材料可以是有機(jī)玻璃pmma(polymethylmethacrylate)、聚甲醛pom(polyformaldehyde)或玻璃等，柔性聚合物溝道層和柔性聚合物膜層的材料可以是聚二甲基硅氧烷pdms(polydimethylsiloxane)，當(dāng)然，根據(jù)需要也可以是其他材料，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。

下面介紹本發(fā)明實(shí)施例中微流控芯片的加工方法，以便更好的理解本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，具體加工方法如下：

將pdms預(yù)聚物按照本體：固化劑為10：1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌5min。將pdms預(yù)聚物在10pa的真空度下抽氣10min，排出pdms預(yù)聚物內(nèi)的氣泡，將抽氣后的pdms預(yù)聚物澆注到溝道層模具里。將溝道層模具放入80℃的烘箱內(nèi)烘焙3小時(shí)固化，等模具內(nèi)的pdms預(yù)聚物固化后，即形成了pdms溝道結(jié)構(gòu)層即柔性聚合物溝道層112。將pdms溝道結(jié)構(gòu)層即柔性聚合物溝道層112從模具上剝離，將剝離下的pdms溝道層與正方形pmma基板111粘接在一起。取一片聚酰亞胺薄膜，用無(wú)水乙醇和去離子水擦洗干凈，在聚酰亞胺薄膜上面用勻膠機(jī)勻一層約0.12mm厚的pdms預(yù)聚物，將聚酰亞胺薄膜連同pdms預(yù)聚物在80℃的溫度下烘焙2小時(shí)固化，即形成了柔性聚合物膜層12。對(duì)柔性聚合物溝道層112及柔性聚合物膜層12在50pa、100w的條件下進(jìn)行40秒的氧等離子體處理，然后迅速將它們鍵合在一起，最終加工完成微流控芯片。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述擠壓裝置為鋼珠，所述鋼珠設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下方，且所述鋼珠的直徑大于所述溝道的寬度。

具體地，如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中的擠壓裝置設(shè)置為鋼珠，其中鋼珠的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例中鋼珠設(shè)置為3個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也可以為4個(gè)、5個(gè)或其他數(shù)量，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。如圖4所示，鋼珠設(shè)置在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22下端，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鋼珠擠壓微流控芯片上的溝道，以實(shí)現(xiàn)裂解溝道中的細(xì)胞的作用。此外，本發(fā)明實(shí)施例中的鋼珠和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以視為微泵，不僅可以用于擠壓溝道內(nèi)的細(xì)胞液，以裂解細(xì)胞，還可以通過(guò)控制鋼珠轉(zhuǎn)動(dòng)以及移動(dòng)的方向，控制細(xì)胞樣液被吸入或推出細(xì)胞裂解區(qū)。即可以通過(guò)控制鋼珠轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的方向可以控制細(xì)胞樣液從樣品入口吸入，從裂解細(xì)胞出口推出。

需要說(shuō)明的是，如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)模塊還包括電機(jī)21，電機(jī)21和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22都是用于控制擠壓裝置即鋼珠擠壓微流控芯片的溝道，其中電機(jī)21可以用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和鋼珠在溝道內(nèi)移動(dòng)和擠壓，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22可以用來(lái)控制鋼珠的轉(zhuǎn)動(dòng)。其具體的運(yùn)動(dòng)方式都是有控制模塊控制。

例如：控制模塊控制電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和鋼珠向微流控芯片運(yùn)動(dòng)，由鋼珠擠壓微流控芯片的溝道，并控制鋼珠的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞樣液是被吸入還是被推出。如：若為圖3所示的溝道結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要吸入細(xì)胞樣液時(shí)，先將細(xì)胞樣液置于樣品入口處131，控制鋼珠擠壓溝道并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋼珠的直徑設(shè)置為大于溝道寬度，當(dāng)鋼珠將溝道內(nèi)的空氣趕出后，細(xì)胞樣液即可以從樣品入口被吸入。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)，利用帶鋼珠的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞樣液，并可以擠壓溝道內(nèi)的細(xì)胞樣液以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞裂解的作用。該驅(qū)動(dòng)模塊不僅作為細(xì)胞裂解系統(tǒng)的流體驅(qū)動(dòng)源，還用于微流控芯片內(nèi)的細(xì)胞的裂解，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體系統(tǒng)更加小型化。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述細(xì)胞裂解區(qū)的溝道為環(huán)形溝道。

具體地，如圖3所示，細(xì)胞裂解區(qū)的溝道設(shè)置為環(huán)形溝道，這樣可以方便擠壓裝置如鋼珠在溝道內(nèi)移動(dòng)，不留有死角，避免拐角的細(xì)胞液不能被擠壓而裂解，同時(shí)，環(huán)形溝道方便細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的細(xì)胞樣液的循環(huán)擠壓裂解，可以提高細(xì)胞裂解率和細(xì)胞裂解的效率。

需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例中的數(shù)字以及使用的材料可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，本發(fā)明實(shí)施例不作具體限定。此外，本發(fā)明實(shí)施例中細(xì)胞裂解系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)以及具體尺寸都可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，如：pdms溝道結(jié)構(gòu)層即柔性聚合物溝道層112厚可以為1mm；細(xì)胞裂解區(qū)14的環(huán)形溝道的寬度、深度和內(nèi)徑可以分別為2mm、0.2mm和16mm，溝道截面為下面2個(gè)角為半徑0.18mm的圓角的矩形；鋼珠直徑為6mm；入口控制閥26、循環(huán)控制閥27和出口控制閥28的閥腔為半徑3.1mm深度0.5mm的球弧形，各個(gè)微閥對(duì)應(yīng)的電磁鐵的下端均為球面，其半徑為2.5mm。

或：pdms溝道結(jié)構(gòu)層即柔性聚合物溝道層112厚可以為0.8mm；細(xì)胞裂解區(qū)14的環(huán)形溝道對(duì)應(yīng)的柔性聚合物膜層12上壓有4個(gè)由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)的鋼珠。鋼珠直徑為5mm；環(huán)形溝道的寬度、深度和內(nèi)徑也可以分別為1.8mm、0.15mm和18mm，溝道截面為矩形。其中，入口控制閥26、循環(huán)控制閥28和出口控制閥27可以為與溝道一樣的矩形凹槽，各個(gè)微閥對(duì)應(yīng)的電磁鐵的下端可以為平面，其形狀與各個(gè)微閥凹槽的形狀相同。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述微流控芯片還包括檢測(cè)單元，用于裂解后的細(xì)胞樣液的檢測(cè)和分析。

具體地，圖6為本發(fā)明實(shí)施例又一微流控芯片基片層的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的微流控芯片還包括檢測(cè)單元，具體可以設(shè)置在圖6中的檢測(cè)區(qū)域15，可以用于裂解后的細(xì)胞樣液的檢測(cè)和分析。細(xì)胞裂解后還需要進(jìn)行相應(yīng)的分析，可以將在微流控芯片中設(shè)置檢測(cè)單元，對(duì)裂解后的細(xì)胞樣液的檢測(cè)和分析，例如可以檢測(cè)細(xì)胞裂解率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)，在無(wú)需化學(xué)試劑和大型儀器的情況下實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的有效裂解，此外，驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)作為細(xì)胞裂解機(jī)構(gòu)和流體驅(qū)動(dòng)源，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體細(xì)胞裂解系統(tǒng)更加小型化，并且本發(fā)明提供的細(xì)胞裂解微流控芯片制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，便于與檢測(cè)模塊集成，適于作為即時(shí)檢測(cè)的樣品預(yù)處理模塊。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的細(xì)胞裂解方法流程示意圖，如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解方法包括：

s1、打開所述入口控制閥和所述出口控制閥，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擠壓裝置擠壓所述微流控芯片上細(xì)胞裂解區(qū)的溝道，從所述樣品入口吸入待裂解的細(xì)胞樣液；

s2、關(guān)閉所述入口控制閥和所述出口控制閥，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述擠壓裝置擠壓所述細(xì)胞裂解區(qū)的溝道對(duì)應(yīng)的柔性聚合物膜層，以使所述細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的細(xì)胞樣液中的細(xì)胞破碎裂解。

具體地，如圖3和圖4所示，驅(qū)動(dòng)模塊02中的電機(jī)21與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下一起向微流控芯片01運(yùn)動(dòng)，使得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部的鋼珠23、24、25壓緊細(xì)胞裂解區(qū)的環(huán)形溝道，并接通電磁鐵以控制循環(huán)控制閥28關(guān)閉循環(huán)控制口122。電機(jī)21帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22正向轉(zhuǎn)動(dòng)即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，擠壓溝道，將細(xì)胞裂解區(qū)溝道內(nèi)的空氣擠壓出去，將細(xì)胞樣液置于樣品入口131處，即可從樣品入口131吸入一定量的細(xì)胞樣液充滿細(xì)胞裂解區(qū)14即細(xì)胞樣液充滿樣品入口131至裂解細(xì)胞出口132。此處，電機(jī)21帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22順時(shí)針旋轉(zhuǎn)針對(duì)的是圖3和圖4中溝道的形狀和結(jié)構(gòu)，若溝道的形狀和就夠發(fā)生改變，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22以及鋼珠的旋轉(zhuǎn)方向可以相應(yīng)的改變，以控制細(xì)胞樣液的吸入和推出。待細(xì)胞樣液充滿細(xì)胞裂解區(qū)14后關(guān)閉入口控制閥26與出口控制閥27，打開循環(huán)控制閥28，電機(jī)21帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22驅(qū)動(dòng)三個(gè)鋼珠循環(huán)擠壓柔性聚合物膜層12，使其發(fā)生蠕動(dòng)變形，使細(xì)胞破碎并驅(qū)動(dòng)流體在溝道流動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解方法，在無(wú)需化學(xué)試劑和大型儀器的情況下實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的有效裂解，此外，驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)作為細(xì)胞裂解機(jī)構(gòu)和流體驅(qū)動(dòng)源，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體細(xì)胞裂解系統(tǒng)更加小型化。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述基片層上還包括循環(huán)控制口，所述循環(huán)控制口設(shè)置在所述樣品入口和所述裂解細(xì)胞出口之間的溝道內(nèi)，相應(yīng)的所述驅(qū)動(dòng)模塊還包括循環(huán)控制閥，所述方法還包括：

關(guān)閉所述入口控制閥和所述出口控制閥，并打開所述循環(huán)控制閥，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述擠壓裝置循環(huán)擠壓所述細(xì)胞裂解區(qū)的溝道對(duì)應(yīng)的柔性聚合物膜層，以使所述柔性聚合物膜層發(fā)生蠕動(dòng)變形，驅(qū)動(dòng)所述細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的液體在所述溝道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。

具體地，如圖3和圖4所示，在微流控芯片的基片層設(shè)置循環(huán)控制口，相應(yīng)的，驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)置循環(huán)控制閥。當(dāng)細(xì)胞樣液被吸入細(xì)胞裂解區(qū)，并充滿樣品入口到裂解細(xì)胞出口之間后，將循環(huán)控制閥打開，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擠壓裝置即鋼珠循環(huán)擠壓柔性聚合物膜層對(duì)應(yīng)的細(xì)胞裂解區(qū)的溝道位置處。柔性聚合物膜層在鋼珠的擠壓下發(fā)生蠕動(dòng)變形，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞裂解區(qū)內(nèi)的液體在溝道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鋼珠循環(huán)擠壓，以增加細(xì)胞裂解率。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述方法還包括：

在細(xì)胞裂解后，打開所述入口控制閥和所述出口控制閥，從所述樣品入口吸入緩沖液，將裂解后的細(xì)胞樣液從裂解細(xì)胞出口沖出，并收集。

具體地，如圖3和圖4所示，當(dāng)用戶判斷細(xì)胞裂解循環(huán)過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)控制模塊控制關(guān)閉循環(huán)控制閥，打開入口控制閥和出口控制閥，從樣品入口吸入緩沖液，將裂解后的細(xì)胞樣液從裂解細(xì)胞出口推出，并收集，以便于后去檢測(cè)和分析。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中人的nk細(xì)胞樣液循環(huán)裂解次數(shù)對(duì)應(yīng)的細(xì)胞裂解率示意圖，如圖8所示，人nk細(xì)胞樣液經(jīng)過(guò)30次的循環(huán)裂解后，裂解率達(dá)到90.5％，nk細(xì)胞是指自然殺傷細(xì)胞(naturalkillercell，nk)是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞。圖9為本發(fā)明實(shí)施例中人的hek293細(xì)胞樣液循環(huán)裂解次數(shù)對(duì)應(yīng)的細(xì)胞裂解率示意圖，如圖9所示，對(duì)hek293細(xì)胞樣液，經(jīng)30次循環(huán)裂解后，其裂解率達(dá)到80.6％，hek293細(xì)胞是一個(gè)很常用的表達(dá)研究外源基因的細(xì)胞株。增加循環(huán)裂解步驟的重復(fù)次數(shù)，可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的裂解效果，可以看出，采用本發(fā)明實(shí)施例中的細(xì)胞裂解系統(tǒng)以及方法，可以實(shí)現(xiàn)較高的細(xì)胞裂解率，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解系統(tǒng)和方法，在無(wú)需化學(xué)試劑和大型儀器的情況下實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的有效裂解，此外，驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)作為細(xì)胞裂解機(jī)構(gòu)和流體驅(qū)動(dòng)源，無(wú)需連接外部的流體驅(qū)動(dòng)源，使整體細(xì)胞裂解系統(tǒng)更加小型化，整個(gè)細(xì)胞裂解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并且可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞裂解的高效率和高裂解率。此外，本發(fā)明實(shí)施例提供的細(xì)胞裂解的微流控芯片的制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，便于與檢測(cè)模塊集成，適于作為即時(shí)檢測(cè)的樣品預(yù)處理模塊。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。