一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控芯片系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]細(xì)胞生物實(shí)驗(yàn)(如遺傳突變實(shí)驗(yàn)研究)需要數(shù)以萬(wàn)計(jì)的細(xì)胞樣品。一方面要求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，排除不穩(wěn)定、偶然性因素；另一方面，在每一項(xiàng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，需進(jìn)行多方面檢測(cè)而消耗大量細(xì)胞，此外，細(xì)胞存在凋亡失效，因此需要大量的細(xì)胞才能完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。高通量檢測(cè)技術(shù)可使各個(gè)細(xì)胞樣品的實(shí)驗(yàn)條件更趨一致，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，并顯者提尚實(shí)驗(yàn)效率。
[0003]但是，由于受技術(shù)的限制，國(guó)際上現(xiàn)有單離子束裝置的輻照通量比較低，最高不超過(guò)3000個(gè)細(xì)胞/h。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，手工操作較多，如需要傳送樣品盤(pán)至輻照點(diǎn)、輻照結(jié)束后需要取出樣品盤(pán)，每次需要用顯微鏡進(jìn)行聚焦、拍攝細(xì)胞圖像，并用軟件識(shí)別細(xì)胞等，大量的時(shí)間耗費(fèi)在過(guò)程操作方面，軟件識(shí)別細(xì)胞的速度也較慢。同時(shí)，先被輻照的細(xì)胞必須停留于樣品盤(pán)，待細(xì)胞盤(pán)中所有細(xì)胞輻照完畢，才能將樣品盤(pán)傳送至檢測(cè)臺(tái)，不能對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行在線(xiàn)跟蹤。不但耗時(shí)耗力，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性也受到影響，限制了單離子束裝置的功能和效率。
[0004]微流控(Microfluidic)是一種功能強(qiáng)大的芯片集成技術(shù)，近年來(lái)其發(fā)展和應(yīng)用非常迅猛。微流控芯片一般是在很小的材料基片上集成了許許多多微小通道或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能單元。通道寬度為微米至亞微米，功能單元如流體領(lǐng)域的微閥和微栗、生化領(lǐng)域的透析和萃取、光學(xué)領(lǐng)域的CCD和脈沖光源，都集成在方寸之間。如今微流控芯片的集成度和集成規(guī)模越來(lái)越高，功能越來(lái)越廣。一個(gè)微流控芯片可能比一座實(shí)驗(yàn)室的工作能力還要強(qiáng)大，如一塊3.3mm*6mm的微流控芯片上集成了 3574個(gè)微閥和1024個(gè)微反應(yīng)器；一個(gè)集成384個(gè)電泳芯片的微流控在325秒內(nèi)檢測(cè)出384份突變株樣品，每個(gè)樣品的分析時(shí)間不到I秒。微流控由于具有體積小、反應(yīng)快、組合靈活、省料、低耗、污染小等優(yōu)點(diǎn)，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用?；诖?，將微流控技術(shù)應(yīng)用于單離子束輻射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高通量輻照、在線(xiàn)原位檢測(cè)成為一種可能，對(duì)生物學(xué)研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)及其使用方法，以克服現(xiàn)有單離子束裝置輻通量低、無(wú)法在線(xiàn)原位檢測(cè)的技術(shù)缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)功能，本發(fā)明提供一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)，包括培養(yǎng)基儲(chǔ)液池和微通道，微通道與儲(chǔ)液池通過(guò)U形連接，微通道只允許單個(gè)細(xì)胞排隊(duì)式前行，微通道兩側(cè)安裝實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)的前方設(shè)有輻射點(diǎn)，輻射點(diǎn)厚度不超過(guò)5 μπι ;實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)產(chǎn)生差分信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)檢測(cè)通道內(nèi)微流體阻抗變化，可以快速識(shí)別細(xì)胞通過(guò)與否，細(xì)胞識(shí)別信號(hào)接入單離子束裝置的束控系統(tǒng)，使得細(xì)胞通過(guò)輻照點(diǎn)時(shí)，束控系統(tǒng)能控制離子及時(shí)準(zhǔn)確地輻照至細(xì)胞。
[0007]優(yōu)選的，所述輻射點(diǎn)位置采用5微米Mylar薄膜壓制而成。
[0008]本發(fā)明還提供一種上述用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)的使用方法，包括下列步驟:
[0009](I)將微流控芯片系統(tǒng)置于單離子束輻照裝置的束流輻照出口上方；
[0010](2)驅(qū)動(dòng)栗驅(qū)動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)基懸浮液進(jìn)入微通道前行；
[0011](3)細(xì)胞流經(jīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電極點(diǎn)時(shí)被識(shí)別，控制系統(tǒng)計(jì)算細(xì)胞到達(dá)輻照點(diǎn)的時(shí)間，由此確定開(kāi)通束流的時(shí)刻，使離子及時(shí)而準(zhǔn)確輻照至細(xì)胞；
[0012](4)被輻照后的細(xì)胞經(jīng)切換閥導(dǎo)向細(xì)胞池或在線(xiàn)檢測(cè)分析系統(tǒng)，以進(jìn)行不同目標(biāo)實(shí)驗(yàn)。
[0013]優(yōu)選的，所述細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行輻照。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果為:(I)首次將微流控用于單離子束輻照裝置，輻照通量提高幾十倍，滿(mǎn)足了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞用量大的需要，為輻射生物學(xué)提供了新的高通量技術(shù)平臺(tái)；(2)細(xì)胞能夠自動(dòng)、連續(xù)、快速地進(jìn)入單離子束輻照點(diǎn)，顯著減少了人工操作，極大地提高了工作效率，而且每個(gè)細(xì)胞的輻照參數(shù)更加一致，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加流暢，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定可靠；(3)細(xì)胞被輻照后，無(wú)需下線(xiàn)即可聯(lián)機(jī)檢測(cè)和分析，獲得被輻照細(xì)胞的早期信息，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞的技術(shù)功能；(4)無(wú)需對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色，消除了染料對(duì)細(xì)胞的毒性作用；(5)采用本發(fā)明的單離子束裝置可以對(duì)納米液體、污水等樣品進(jìn)行輻照研究，擴(kuò)大了單離子束的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)，置于束流輻照出口之上，采用玻璃作為微流控芯片基板材料，微流控芯片具有培養(yǎng)基儲(chǔ)液池、微通道、實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極、輻照點(diǎn)、過(guò)濾器、細(xì)胞池等功能結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)基儲(chǔ)液池前端與多通道驅(qū)動(dòng)栗聯(lián)接，多通道驅(qū)動(dòng)栗用于驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)基懸浮液前進(jìn)，以及向培養(yǎng)基中注入0)2和O 2，以調(diào)控培養(yǎng)基酸堿平衡和含氧量，滿(mǎn)足細(xì)胞成活條件。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能快速驅(qū)動(dòng)微流體作穩(wěn)恒運(yùn)動(dòng)或停止不動(dòng)。微通道與儲(chǔ)液池采用U形連接，通道大小只允許單個(gè)細(xì)胞排隊(duì)式前行，實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)安裝在微通道兩側(cè)，其前方設(shè)有輻射點(diǎn)，輻射點(diǎn)厚度較薄，不超過(guò)5 μπι，以使離子能穿透該點(diǎn)輻照微通道內(nèi)的細(xì)胞，輻照點(diǎn)采用5微米Mylar薄膜壓制而成。細(xì)胞流經(jīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電極點(diǎn)時(shí)被快速識(shí)別，該識(shí)別信號(hào)接入單離子束裝置的束控系統(tǒng)，束控系統(tǒng)計(jì)算細(xì)胞到達(dá)輻照點(diǎn)的時(shí)間，由此確定開(kāi)通束流的時(shí)刻，使離子及時(shí)而準(zhǔn)確輻照至細(xì)胞。被輻照后的細(xì)胞經(jīng)切換閥導(dǎo)向細(xì)胞池或在線(xiàn)檢測(cè)分析系統(tǒng)，以進(jìn)行不同的目標(biāo)實(shí)驗(yàn)。在線(xiàn)檢測(cè)分析系統(tǒng)由熒光顯微鏡、CCD、光譜儀等組成，由電腦總控臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
[0018]細(xì)胞可以在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也可以在靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行輻照。當(dāng)每個(gè)細(xì)胞受輻照離子數(shù)不多時(shí)，可以讓細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行輻照，無(wú)須停止細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)輻照離子數(shù)目超過(guò)一定的范圍，則需使細(xì)胞暫時(shí)靜止后再輻照。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件來(lái)決定是運(yùn)動(dòng)輻照還是靜止輻照。但不管是靜止輻照，還是運(yùn)動(dòng)輻照，其輻照通量均比現(xiàn)有裝置至少提高一個(gè)量級(jí)。
[0019]最后需要說(shuō)明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)，包括培養(yǎng)基儲(chǔ)液池和微通道，其特征在于:所述微通道與所述培養(yǎng)基儲(chǔ)液池通過(guò)U形連接，所述微通道只允許單個(gè)細(xì)胞排隊(duì)式前行，所述微通道兩側(cè)安裝實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)，其前方設(shè)置輻射點(diǎn)，所述輻射點(diǎn)厚度不超過(guò)5 μπι，所述實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)通過(guò)差分信號(hào)技術(shù)檢測(cè)通道內(nèi)微流體阻抗變化，可以快速識(shí)別細(xì)胞通過(guò)與否，細(xì)胞識(shí)別信號(hào)接入單離子束裝置的束控系統(tǒng)，使得細(xì)胞通過(guò)所述輻照點(diǎn)時(shí)，所述束控系統(tǒng)能控制離子及時(shí)準(zhǔn)確地輻照至細(xì)胞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于:所述輻射點(diǎn)位置采用5微米Mylar薄膜壓制而成。3.—種權(quán)利要求1或2所述用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)的使用方法，其特征在于包括下列步驟: (1)將微流控芯片系統(tǒng)置于單離子束輻照裝置的束流輻照出口上方； (2)驅(qū)動(dòng)栗驅(qū)動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)基懸浮液進(jìn)入微通道前行； (3)細(xì)胞流經(jīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電極點(diǎn)時(shí)被識(shí)別，束控系統(tǒng)計(jì)算細(xì)胞到達(dá)輻照點(diǎn)的時(shí)間，由此確定開(kāi)通束流的時(shí)刻，使離子及時(shí)而準(zhǔn)確地輻照至細(xì)胞； (4)被輻照后的細(xì)胞經(jīng)切換閥導(dǎo)向細(xì)胞池或在線(xiàn)檢測(cè)分析系統(tǒng)，以進(jìn)行不同的目標(biāo)實(shí)驗(yàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:所述細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行輻照。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統(tǒng)，包括培養(yǎng)基儲(chǔ)液池和微通道，微通道只允許單個(gè)細(xì)胞排隊(duì)式前行，微通道兩側(cè)安裝實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極，實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極前方設(shè)有輻射點(diǎn)，輻射點(diǎn)厚度不超過(guò)5μm；實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞電極對(duì)產(chǎn)生差分信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)檢測(cè)通道內(nèi)微流體阻抗變化，以快速識(shí)別細(xì)胞通過(guò)與否，細(xì)胞識(shí)別信號(hào)接入單離子束裝置的束控系統(tǒng)，使得細(xì)胞通過(guò)輻照點(diǎn)時(shí)，束控系統(tǒng)能控制離子及時(shí)準(zhǔn)確地輻照至細(xì)胞。本發(fā)明首次將微流控用于單離子束輻照裝置，輻照通量提高幾十倍，滿(mǎn)足了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞用量大的需要，為輻射生物學(xué)提供了新的高通量技術(shù)平臺(tái)，有著潛在的商業(yè)應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】G01N21/25, G01N21/64
【公開(kāi)號(hào)】CN105203468
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510689937
【發(fā)明人】詹福如, 吳李君, 陳連運(yùn), 卞坡, 黃青, 袁航
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月19日