開口 205或206實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的排出(例如，通過伸入的導(dǎo)管)。
[0030]棱鏡204可以為直角棱鏡或梯形棱鏡。該棱鏡204位于兩室整體形成的細(xì)胞培養(yǎng)腔下部，與兩室細(xì)胞培養(yǎng)腔的培養(yǎng)室緊密封接，形成一個(gè)封閉腔室。棱鏡204上表面的至少一部分鍍有貴金屬膜，該部分同時(shí)構(gòu)成培養(yǎng)室203的下表面。棱鏡可由BK7或ZF5玻璃制成，并且優(yōu)選地，棱鏡上表面鍍有的貴金屬膜是20-50nm的金膜。
[0031]灌流室201、隔層202、培養(yǎng)室203和棱鏡204可以被制造為任何合適的尺寸。雖然圖2示出了內(nèi)腔截面尺寸要大于培養(yǎng)室203的灌流室201，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，可以使得灌流室和培養(yǎng)室203的內(nèi)腔具有相同截面尺寸。例如，由隔層隔開的圓柱體的上部和下部分別構(gòu)成灌流室和培養(yǎng)室的內(nèi)腔。
[0032]可以合理選擇灌流室和培養(yǎng)室內(nèi)腔的形狀，以進(jìn)一步優(yōu)化兩室對(duì)體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的模擬。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的SPR傳感芯片310的俯視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，圖2可以看做是沿著圖3中的線段AA’剖開得到的截面圖，S卩，傳感芯片310可以與傳感芯片210表示相同的內(nèi)腔構(gòu)造。但可以理解的是，傳感芯片310和210也可以具有不同的內(nèi)腔，例如，可以將傳感芯片310的構(gòu)造看作是基于傳感芯片210的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
[0033]如圖所示，灌流室301的外部可以是一個(gè)長(zhǎng)方體，而其內(nèi)部空腔可以是一個(gè)等高腔體。該等高腔體的水平截面由一個(gè)三角形、一個(gè)正方形和一個(gè)半圓形拼接而成，培養(yǎng)液流入口 305位于三角形的頂角處，培養(yǎng)液流出口 306位于所述半圓形的頂點(diǎn)處。優(yōu)選地，所述三角形可以是頂角為135度的等腰三角形。
[0034]使用該特定構(gòu)造，可以使得培養(yǎng)液在經(jīng)流入口305流入灌流室301內(nèi)后，先流過三角形空腔，形成均勻?qū)恿?再流過矩形空腔，一部分透過隔層302(例如，多孔薄膜)擴(kuò)散到下部的培養(yǎng)室303中，用于補(bǔ)充細(xì)胞消耗的營(yíng)養(yǎng)和交換排出細(xì)胞代謝產(chǎn)生的廢物;其余培養(yǎng)液流向半圓形空腔(圓弧形構(gòu)造可以避免任何角度帶來的流場(chǎng)擾動(dòng))，最終從流出口 306排出。
[0035]培養(yǎng)室303位于所述正方形的下部，例如，培養(yǎng)室303的內(nèi)腔可以是直徑與上述正方形邊長(zhǎng)相等的圓柱體。隔層302位于培養(yǎng)液灌流室301和細(xì)胞培養(yǎng)室303中間。隔層302可以是多孔膜，包含η個(gè)直徑為d的圓形微孔，用于培養(yǎng)液灌流室301和細(xì)胞培養(yǎng)室303的物質(zhì)交換。
[0036]雖然圖3示出了具有特定形狀和構(gòu)造的灌流室、培養(yǎng)室和隔層，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，灌流室、培養(yǎng)室和隔層也可以采用其他的形狀和構(gòu)造，只要培養(yǎng)室能夠?qū)崿F(xiàn)緩慢且連續(xù)的物質(zhì)交換以便模擬細(xì)胞在體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境即可。
[0037]另外，雖然為了避免混淆發(fā)明原理而未在圖2和圖3中示出，但是本發(fā)明的傳感芯片也可以包括現(xiàn)有SPR傳感芯片所具有的其他部件，例如流量傳感器和溫控部件等。
[0038]以上已參考圖2和圖3給出了本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，如下將給出根據(jù)本發(fā)明原理的表面等離子體共振傳感芯片的具體制造例。
[0039]在實(shí)際制造中，培養(yǎng)液灌流室、隔層(例如，多孔薄膜)和細(xì)胞培養(yǎng)室103可以是一個(gè)整體，并由PDMS多聚物材料通過注塑一次成型。在使用例如圖3的優(yōu)選構(gòu)造下，培養(yǎng)液灌流室310的外部尺寸為12mm X 9mm X 2mm(長(zhǎng)X寬X高)，內(nèi)部空腔由一個(gè)三角形、一個(gè)正方形和一個(gè)半圓形拼接組成:三角形頂角為135°，對(duì)邊邊長(zhǎng)4mm;正方形邊長(zhǎng)為4mm;半圓形直徑為4mm。該室的培養(yǎng)液流入口 305和流出口 306直徑均為1mm。隔層302是多孔薄膜，其厚度為
0.1mm,開孔率為2%，具有9個(gè)直徑為0.2mm的圓形通孔。
[0040]細(xì)胞培養(yǎng)室303的外部尺寸為12mm X 9mm X Imm(長(zhǎng)X寬X高)，內(nèi)部空腔為直徑4_的圓柱體。優(yōu)選地，該室也可以包括分別用于細(xì)胞的注入與排出的入口和出口(例如，圖2的207和208)，并且兩口均為的直徑為Imm的孔。在此例中，培養(yǎng)室303的高度和直徑之比(深徑比)為1:4，在其他例子中，深徑比可以在3:1至5:1之間。
[0041 ]棱鏡可以是直角棱鏡或梯形棱鏡;材料為BK7或ZF5玻璃;上表面鍍有20-50nm的金膜。棱鏡上表面與細(xì)胞培養(yǎng)室緊密封接形成密閉腔室，細(xì)胞附著在金膜上生長(zhǎng)。
[0042]以上描述的本發(fā)明的SPR傳感芯片及其優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的傳感芯片能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)充細(xì)胞消耗的營(yíng)養(yǎng)、排出細(xì)胞代謝廢物，維持細(xì)胞在傳感芯片上的長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間SPR細(xì)胞檢測(cè);還能夠顯著降低培養(yǎng)液流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響，真實(shí)模擬細(xì)胞在體生長(zhǎng)狀態(tài)。此外，由于本發(fā)明的SPR傳感芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其兩室結(jié)構(gòu)可以通過注塑一次成型，因此便于批量生產(chǎn)。
[0043]使用本發(fā)明的傳感芯片，能夠得到一種更為準(zhǔn)確有效的生物檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括本發(fā)明的上述傳感芯片及其優(yōu)選實(shí)施例，還可以包括光學(xué)組件以及數(shù)據(jù)采集和處理組件。光學(xué)組件可以發(fā)射并調(diào)制用于射入所述棱鏡的入射光，而數(shù)據(jù)采集和處理組件則可以接收來自光學(xué)組件的入射光數(shù)據(jù)以及來自棱鏡的反射光數(shù)據(jù)并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過對(duì)獲取的數(shù)據(jù)加以分析處理，能夠獲取更為準(zhǔn)確的生物檢測(cè)結(jié)果，例如，細(xì)胞響應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。
[0044]同樣地，可以使用本發(fā)明的上述表面等離子體共振傳感芯片實(shí)現(xiàn)一種新穎的細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)方法。在進(jìn)行細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)時(shí)，可以首先將細(xì)胞注入傳感芯片的培養(yǎng)室(例如，可以使用圖2的細(xì)胞注入口 207和細(xì)胞排出口 208進(jìn)行細(xì)胞的注入和排出)，細(xì)胞被接種在培養(yǎng)室中并在棱鏡上表面的貴金屬膜上生長(zhǎng)。在細(xì)胞的培養(yǎng)過程中，使培養(yǎng)液持續(xù)流過傳感芯片的灌流室，而位于下層的培養(yǎng)室則通過隔層進(jìn)行培養(yǎng)液交換。在需要檢測(cè)細(xì)胞響應(yīng)時(shí)，可以使光束入射棱鏡，并根據(jù)由于貴金屬膜上的細(xì)胞貼壁狀態(tài)的變化所導(dǎo)致的入射光與反射光關(guān)系的變化(SPR角的變化)，來獲取細(xì)胞響應(yīng)的相應(yīng)檢測(cè)結(jié)果。另外，在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，可以排出腔內(nèi)液體并加以清洗，以供下次使用。
[0045]使用本發(fā)明的傳感芯片及細(xì)胞檢測(cè)方法能夠長(zhǎng)時(shí)間地SPR檢測(cè)細(xì)胞對(duì)外界刺激的響應(yīng)，特別是癌細(xì)胞對(duì)不同化療方案的響應(yīng)，獲得細(xì)胞的藥物相應(yīng)信息。生物醫(yī)學(xué)和藥物研究人員可以據(jù)此進(jìn)行疾病診斷、藥物發(fā)現(xiàn)與開發(fā)、癌癥治療方案優(yōu)化等。
[0046]以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術(shù)語的選擇，旨在最好地解釋各實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用或?qū)κ袌?chǎng)中的技術(shù)的改進(jìn)，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種表面等離子體共振傳感芯片，包括: 灌流室，所述灌流室具有培養(yǎng)液流入口和培養(yǎng)液流出口 ； 位于所述灌流室下部的培養(yǎng)室，所述灌流室和所述培養(yǎng)室通過隔層隔開并通過所述隔層流體連通；以及 位于所述培養(yǎng)室下部并與所述培養(yǎng)室緊密封接的棱鏡，所述棱鏡與所述培養(yǎng)室接合的表面上鍍有貴金屬膜。2.如權(quán)利要求1所述的傳感芯片，其中所述隔層是多孔膜。3.如權(quán)利要求2所述的傳感芯片，其中所述多孔膜具有多個(gè)開孔并且所述多孔膜的開孔率在I %至5%之間。4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感芯片，其中所述灌流室的內(nèi)腔體是等高腔體，所述等高腔體的水平截面由一個(gè)三角形、一個(gè)正方形和一個(gè)半圓形拼接而成， 所述培養(yǎng)液流入口位于所述三角形的頂角處，所述培養(yǎng)液流出口位于所述半圓形的頂點(diǎn)處，以及 所述培養(yǎng)室位于所述正方形的下部。5.如權(quán)利要求4所述的傳感芯片，其中所述培養(yǎng)室的內(nèi)腔是圓柱體，并且所述圓柱體的直徑和高度之比在3:1至5:1之間。6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感芯片，其中所述培養(yǎng)室具有細(xì)胞注入口和細(xì)胞排出口，所述細(xì)胞注入口和所述細(xì)胞排出口在培養(yǎng)液流經(jīng)所述灌流室時(shí)封閉。7.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感芯片，其中所述灌流室、所述培養(yǎng)室以及所述隔層通過注塑一次成型。8.一種細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括: 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的表面等離子體共振傳感芯片； 光學(xué)組件，所述光學(xué)組件發(fā)射并調(diào)制用于射入所述表面等離子體共振傳感芯片中的所述棱鏡的入射光；以及 數(shù)據(jù)采集和處理組件，所述數(shù)據(jù)采集和處理組件接收來自所述光學(xué)組件的入射光的數(shù)據(jù)以及來自所述棱鏡的反射光的數(shù)據(jù)并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取細(xì)胞響應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果O9.一種細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)方法，包括: 將細(xì)胞注入如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的表面等離子體共振傳感芯片的培養(yǎng)室，其中所述細(xì)胞在所述棱鏡上表面的所述貴金屬膜上生長(zhǎng)； 使培養(yǎng)液持續(xù)流過所述傳感芯片的灌流室，其中所述培養(yǎng)室通過所述隔層進(jìn)行培養(yǎng)液交換； 使入射光通過所述棱鏡入射至所述棱鏡的上表面；以及 采集入射和反射光數(shù)據(jù)并加以處理以獲取細(xì)胞響應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面等離子體共振傳感芯片及細(xì)胞響應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)和方法。該傳感芯片包括：灌流室，具有培養(yǎng)液流入口和培養(yǎng)液流出口；位于灌流室下部的培養(yǎng)室，兩室通過隔層隔開并且通過所述隔層流體連通；以及位于所述培養(yǎng)室下部并與所述培養(yǎng)室緊密封接的棱鏡，所述棱鏡與所述培養(yǎng)室接合的表面上鍍有貴金屬膜。上述隔層可以是多孔薄膜并且灌流室可以具有便于培養(yǎng)液均勻流過的特定結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的傳感芯片能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)充細(xì)胞消耗的營(yíng)養(yǎng)、排出細(xì)胞代謝廢物，由此維持細(xì)胞在傳感芯片上的長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間細(xì)胞檢測(cè)；能夠顯著降低培養(yǎng)液流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響，真實(shí)模擬細(xì)胞在體生長(zhǎng)狀態(tài)。此外，本發(fā)明的傳感芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)。
【IPC分類】G01N21/552
【公開號(hào)】CN105717071
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610094876
【發(fā)明人】王鵬, 鄧士杰, 馬焰
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 重慶梅安森科技股份有限公司
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年2月19日