可调节细胞姿态的显微注射芯片、控制装置及工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可调节细胞姿态的显微注射芯片、控制装置及工作方法，其中，本显微注射芯片包括：细胞姿态调整注射区域，且与该细胞姿态调整注射区域连通的细胞姿态调整流道组；即通过细胞姿态调整流道组所喷射的相应方向的流体，以调整位于细胞姿态调整注射区域中心轴处的待注射细胞的姿态。本发明专利技术的显微注射芯片、控制装置及工作方法提供了一种成本低廉，结构紧凑，操作方便，自动化程度相对较高的显微注射方案；并且克服了由于目前的显微注射装置在对细胞进行显微注射之前未调整其位置，造成细胞在显微注射之后成活率低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于细胞生物学研究
，具体是一种用于显微注射的实验装置及操作方法。
技术介绍
显微注射技术是在显微镜视野内将被注射细胞调整固定后，利用微注射针将外源基因物质注入细胞内的一种技术，是现代生物工程的重要技术手段之一，尤其是转基因、克隆和试管婴儿等细胞工程领域。与其他转基因技术相比，显微注射的优点是转基因效率稳定、注射基因大小不受限制、无需载体以及操作对象物特殊要求等，在濒危动物保护、生殖与健康、物种改良和细胞内核质研究中得到广泛应用。现有的显微注射装置，包括具有移动控制旋钮的移动部件，与移动部件相连的持针器和注射针、通过螺纹连接将持针器和注射针相连的压电陶瓷。这种装置虽然可以明显提高准确率，减少注射针对细胞膜的损伤，但是其也存在设备复杂，自动化程度不高等问题。而且，传统的细胞显微注射装置在对细胞进行显微注射之前，并没有将细胞调整到适合注射的“姿态”，这将大大降低显微注射之后细胞的成活率。虽然目前存在调整细胞姿态的装置，但其将细胞姿态调整好之后，注射时显微注射等设备和调整细胞姿态的设备发生干涉而无法完成显微注射。针对以上问题有必要提出进一步的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种显微注射芯片，通过对待注射细胞的姿态进行调整，进而提高显微注射的成功率。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种显微注射芯片，包括：细胞姿态调整注射区域，且与该细胞姿态调整注射区域连通的细胞姿态调整流道组；即通过细胞姿态调整流道组所喷射的相应方向的流体，以调整位于细胞姿态调整注射区域中心轴处的待注射细胞的姿态。进一步，所述显微注射芯片采用多层结构，即包括上层、中间层和下层；所述细胞姿态调整注射区域呈圆柱形，且位于中间层内；一对电极中的上电极、下电极组分别位于所述上层、下层，所述下电极组中心处垂直设有显微注射针；通过对所述下电极组通电使位于待注射细胞在负介电泳力的作用下，悬浮移动至显微注射针的正上方；所述细胞姿态调整注射区域的侧壁分别与细胞输入流道、细胞输出流道以及细胞姿态调整流道组相连通；以及所述细胞姿态调整流道组中各细胞姿态调整流道的尺寸均小于细胞输入流道和细胞输出流道。进一步，所述上层为透明材质，以适于拍摄细胞姿态调整注射区域内细胞姿态；以及所述细胞姿态调整流道组包括：适于使细胞纵向旋转的第一细胞姿态调整流道，适于使细胞横向旋转的第二细胞姿态调整流道。进一步，所述下电极组包括若干环形电极，各环形电极同心设置且嵌套间距相等；各环形电极通电以在细胞姿态调整注射区域产生非均匀电场，待注射细胞在细胞姿态调整注射区域的液体中通过非均匀电场受到负介电泳力场的作用，悬浮移动至显微注射针的正上方后，所述下电极组失电，上电极得电，待注射细胞垂直向下移动，使显微注射针刺入细胞。进一步，所述上层和下层均采用玻璃基片，中间层采用聚二甲基硅氧烷制成，且中间层的上、下表面分别与上层、下层键合紧密连接；所述上电极位于上层玻璃基片的下表面，所述下电极组位于上层玻璃基片的上表面。进一步，所述细胞输入流道包括：适于将待注射细胞送入显微注射芯片中的第一微流道，与第一微流道相交的第二微流道，且所述第二微流道与第一微流道相交形成相交区域，并通过该相交区域连通细胞姿态调整注射区域；当待注射细胞由第一微流道流进所述相交区域后，通过第二微流道通入的流体将待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域；所述上层设有第一微流道的流入、流出口，第二微流道的流入口，第一、第二细胞姿态调整流道的流入口，以及细胞输出流道的流出口。又一方面，在所述显微注射芯片的基础上，本专利技术还提供了一种适用于所述显微注射芯片的控制装置，以解决对显微注射芯片进行注射操作的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种适用于所述的显微注射芯片的控制装置。所述控制装置包括：第一、第二微流泵，若干个分别用于连接各流入、流出口的微阀；所述第一微流泵适于通过相应微阀连接第一微流道的流入口和第二微流道的流入口；所述第二微流泵适于通过相应微阀连接第一细胞姿态调整流道的流入口和第二细胞姿态调整流道的流入口；各微阀和第一、第二微流泵的控制端分别与一处理器模块相连；各微阀及第一、第二微流泵默认处于关闭状态；所述处理器模块适于在控制第一微流泵以及第一微流道的流入、流出口的微阀打开，使待注射细胞流进相交区域后，控制第二微流道的流入口处的微阀及细胞输出流道的流出口的微阀打开，第一微流道的流入口处的微阀关闭，通过从第二微流道通入的流体将待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域；并且在待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域后，关闭第二微流道的流入口处和细胞输出流道的流出口的微阀。进一步，所述控制装置还包括：用于拍摄细胞姿态调整注射区域中细胞姿态的摄像装置，该摄像装置将细胞图像数据发送至处理器模块，与处理器模块相连的电极供电模块；所述电极供电模块通过相应供电输出端分别与下电极组的各供电输入端相连，以提供适于将待注射细胞悬浮移动至显微注射针正上方的电压及交流电流；以及所述电极供电模块还通过另一供电输出端与上电极相连，且当待注射细胞悬浮移动至显微注射针正上方后；所述处理器模块适于根据细胞图像数据识别细胞当前姿态，并通过控制第二微流泵及相应微阀分别从第一细胞姿态调整流道的流入口或第二细胞姿态调整流道的流入口导入流体，调整待注射细胞姿态，以使待注射细胞上的第一极体远离显微注射针待注射位置；随后，所述处理器模块控制电极供电模块使下电极组失电，上电极得电，迫使待注射细胞垂直向下移动，即显微注射针刺入细胞，完成显微注射。第三方面，为了解决所述控制装置同样的技术问题，本专利技术还提供了一种显微注射芯片的控制装置的工作方法，该方法包括如下步骤：步骤S1，将待注射细胞送入至显微注射芯片内的细胞姿态调整注射区域内；步骤S2，通过细胞姿态调整注射区域内形成的非均匀电场，使待注射细胞悬浮移动至显微注射针正上方；步骤S3，调整细胞姿态，以至待注射细胞上的第一极体远离显微注射针待注射位置；步骤S4，通过细胞姿态调整注射区域内的向下作用的电场，使待注射细胞垂直向下移动，即显微注射针刺入细胞，完成显微注射。进一步，所述控制装置包括：第一、第二微流泵，若干个分别用于连接各流入、流出口的微阀；所述第一微流泵适于通过相应微阀连接第一微流道的流入口和第二微流道的流入口；所述第二微流泵适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显微注射芯片，其特征在于，包括：细胞姿态调整注射区域，且与该细胞姿态调整注射区域连通的细胞姿态调整流道组；即通过细胞姿态调整流道组所喷射的相应方向的流体，以调整位于细胞姿态调整注射区域中心轴处的待注射细胞的姿态。

【技术特征摘要】
1.一种显微注射芯片，其特征在于，包括：细胞姿态调整注射区域，且与
该细胞姿态调整注射区域连通的细胞姿态调整流道组；即
通过细胞姿态调整流道组所喷射的相应方向的流体，以调整位于细胞姿态
调整注射区域中心轴处的待注射细胞的姿态。
2.根据权利要求1所述的显微注射芯片，其特征在于，所述显微注射芯片
采用多层结构，即包括上层、中间层和下层；
所述细胞姿态调整注射区域呈圆柱形，且位于中间层内；
一对电极中的上电极、下电极组分别位于所述上层、下层，所述下电极组
中心处垂直设有显微注射针；
通过对所述下电极组通电使位于待注射细胞在负介电泳力的作用下，悬浮
移动至显微注射针的正上方；
所述细胞姿态调整注射区域的侧壁分别与细胞输入流道、细胞输出流道以
及细胞姿态调整流道组相连通；以及
所述细胞姿态调整流道组中各细胞姿态调整流道的尺寸均小于细胞输入流
道和细胞输出流道。
3.根据权利要求2所述的显微注射芯片，其特征在于，所述上层为透明材
质，以适于拍摄细胞姿态调整注射区域内细胞姿态；以及
所述细胞姿态调整流道组包括：适于使细胞纵向旋转的第一细胞姿态调整
流道，适于使细胞横向旋转的第二细胞姿态调整流道。
4.根据权利要求3所述的显微注射芯片，其特征在于，所述下电极组包括
若干环形电极，各环形电极同心设置且嵌套间距相等；
各环形电极通电以在细胞姿态调整注射区域产生非均匀电场，待注射细胞
在细胞姿态调整注射区域的液体中通过非均匀电场受到负介电泳力场的作用，

\t悬浮移动至显微注射针的正上方后，所述下电极组失电，上电极得电，待注射
细胞垂直向下移动，使显微注射针刺入细胞。
5.根据权利要求4所述的显微注射芯片，其特征在于，所述上层和下层均
采用玻璃基片，中间层采用聚二甲基硅氧烷制成，且中间层的上、下表面分别
与上层、下层键合紧密连接；
所述上电极位于上层玻璃基片的下表面，所述下电极组位于上层玻璃基片
的上表面。
6.根据权利要求5所述的显微注射芯片，其特征在于，所述细胞输入流道
包括：适于将待注射细胞送入显微注射芯片中的第一微流道，与第一微流道相
交的第二微流道，且所述第二微流道与第一微流道相交形成相交区域，并通过
该相交区域连通细胞姿态调整注射区域；
当待注射细胞由第一微流道流进所述相交区域后，通过第二微流道通入的
流体将待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域；
所述上层设有第一微流道的流入、流出口，第二微流道的流入口，第一、
第二细胞姿态调整流道的流入口，以及细胞输出流道的流出口。
7.一种适用于如权利要求6所述的显微注射芯片的控制装置，其特征在于，
所述控制装置包括：第一、第二微流泵，若干个分别用于连接各流入、流
出口的微阀；
所述第一微流泵适于通过相应微阀连接第一微流道的流入口和第二微流道
的流入口；
所述第二微流泵适于通过相应微阀连接第一细胞姿态调整流道的流入口和
第二细胞姿态调整流道的流入口；
各微阀和第一、第二微流泵的控制端分别与一处理器模块相连；
各微阀及第一、第二微流泵默认处于关闭状态；
所述处理器模块适于在控制第一微流泵以及第一微流道的流入、流出口的
微阀打开，使待注射细胞流进相交区域后，控制第二微流道的流入口处的微阀
及细胞输出流道的流出口的微阀打开，第一微流道的流入口处的微阀关闭，通
过从第二微流道通入的流体将待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域；
并且在待注射细胞带入细胞姿态调整注射区域后，关闭第二微流道的流入
口处和细胞输出流道的流出口的微阀。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还包括：用于拍摄细胞姿态调整注射区域中细胞姿态的摄像
装置，该摄像装置将细胞图像数据发送至处理器模块，与处理器模块相连的电

【专利技术属性】
技术研发人员：吕品，朱晓璐，纪爱敏，刘源，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32