用于单细胞三维培养的微流控芯片和单细胞三维培养方法技术

本发明专利技术公开了一种用于单细胞三维培养的微流控芯片，使用时，分散相溶液和连续相溶液分别通过分散相通道和两条连续相通道通入到第一十字型聚焦结构以得到包载有单个细胞的载细胞微滴；而后进入微滴固化通道内固化为包载有单个细胞的水凝胶微球，再进入到第二十字型聚焦结构，利用缓冲液冲洗水凝胶微球内残留的连续相溶液并调节PH值，随后被捕获在捕获阵列内；最后注入培养液，实现单个细胞三维培养，以观察单个细胞的生长情况；即本发明专利技术的用于单细胞三维培养的微流控芯片集载细胞微凝胶制备、固定、片上三维培养于一体，可以实现单个细胞的三维培养及单细胞分析。本发明专利技术还公开了一种单细胞三维培养方法。种单细胞三维培养方法。种单细胞三维培养方法。

【技术实现步骤摘要】
用于单细胞三维培养的微流控芯片和单细胞三维培养方法


[0001]本专利技术涉及一种微流控芯片，具体的为一种用于单细胞三维培养的微流控芯片和单细胞三维培养方法

技术介绍

[0002]利用各类凝胶材料充当细胞外基质替代物是细胞体外三维培养的一种常用方法，细胞外的凝胶层形成细胞的三维空间支架，能够有效阻挡外界大尺寸物质与封装细胞的直接接触，如抗体、酶等物质；同时保证氧气、营养物质、代谢物等小分子物质的自由交换，从而维持细胞各项生物学活动和正常功能。研究凝胶内细胞的生理行为在细胞治疗、组织工程、再生医学等领域具有很大的价值，在单细胞水平上的细胞生物组学研究方面也具有显著优势。
[0003]液滴微流控技术能精准控制载细胞微液滴的生成，将活细胞引入微液滴中并进行凝胶固化得到的载细胞微凝胶具有良好的生物活性，使其在细胞递送、细胞治疗、组织工程、3D生物打印等领域中具有重要的应用前景。现有的研究往往聚焦在用不同的方法使载细胞微凝胶制备更加稳定、粒径更小、细胞包封率更高、细胞活性更高等方面，通常将得到的混合液进行离心操作得到微凝胶，然后将其移入培养基中进行常规培养，然后对整个细胞群进行检测得到统计学结果，无法实现对单个细胞进行研究，而且长期培养会导致凝胶粘连甚至融合而影响细胞所需氧气和营养物质的运输。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于单细胞三维培养的微流控芯片和单细胞三维培养方法，集载细胞微凝胶制备、固定、片上三维培养于一体，可以实现单个细胞的三维培养，在此基础上实现单细胞研究。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术首先提出了一种用于单细胞三维培养的微流控芯片，包括芯片本体，所述芯片本体内设有微流体控制通道；
[0007]所述微流体控制通道包括载细胞微滴生成区、微滴固化区、微滴冲洗区和微滴捕获培养区；
[0008]所述载细胞微滴生成区包括第一十字型聚焦结构，所述第一十字型聚焦结构连接分散相通道、第一连接通道段和两条连续相通道，所述分散相通道连接分散相入口，两条所述连续相通道连接连续相入口；所述分散相通道和第一连接通道段位于同一条直线上，两条所述连续相通道对称设置在所述分散相通道的两侧；
[0009]所述微滴固化区内设有微滴固化通道，所述微滴固化通道的两端分别设有第一连接通道段和第二连接通道段；
[0010]所述微滴冲洗区包括第二十字型聚焦结构，所述第二十字型聚焦结构连接第二连接通道段、微滴冲洗通道和两条缓冲液通道，所述微滴冲洗通道用于冲洗和调节PH值，两条
所述缓冲液通道连接缓冲液入口；所述第二连接通道段和微滴冲洗通道位于同一条直线上，两条所述缓冲液通道对称设置在所述第二连接通道段的两侧；
[0011]所述微滴捕获培养区包括捕获阵列和培养液通道；所述捕获阵列包括至少两条相互平行的微滴捕获支通道，所有的所述微滴捕获支通道之间首尾相连以构成蛇形的微滴捕获通道，相邻的微滴捕获支通道之间设有捕获结构，所述微滴捕获通道的一端与所述微滴冲洗通道相连、另一端与废液口相连；所述培养液通道包括与每一条所述微滴捕获支通道两端相连的培养液注入支通道和培养液排出支通道，所有的所述培养液注入支通道与培养液入口相连，所有的所述培养液排出支通道与培养液出口相连。
[0012]进一步，所述连续相通道与所述分散相通道之间的夹角等于90
°
；所述缓冲液通道与所述第二连接通道段之间的夹角等于90
°
；所述微滴固化通道位于所述第一连接通道段和第二连接通道段之间的部分以及所述微滴冲洗通道均设为蛇形通道结构。
[0013]进一步，所述微滴冲洗通道的宽度大于等于所述微滴固化通道的宽度。
[0014]进一步，所述分散相通道、连续相通道、微滴固化通道、缓冲液通道和微滴捕获通道的宽度相等；所述培养液注入支通道和培养液排出支通道的宽度相等并小于等于所述微滴捕获通道的四分之一。
[0015]进一步，所述捕获结构包括捕获腔室，捕获腔室上设有入口，且所述捕获腔室的宽为90μm、长为80μm，入口的宽为70μm，所述微流体控制通道的高度为50μm。
[0016]进一步，所述培养液通道还包括与培养液入口相连的培养液缓冲腔，所有的所述培养液注入支通道均与所述培养液缓冲腔相连。
[0017]进一步，所述芯片本体采用两片PDMS片材键合而成，所述微流体控制通道设置在其中一片所述PDMS片材上，或所述微流体控制通道设置在两片所述PDMS片材之间。
[0018]本专利技术还提出了一种采用如上所述微流控芯片的单细胞三维培养方法，包括如下步骤：
[0019]步骤一：连续生产包载单个细胞的水凝胶微球
[0020]11)关闭培养液入口和培养液出口，将分散相溶液、连续相溶液和缓冲液分别通过分散相入口、连续相入口和缓冲液入口注入到微流体控制通道内；
[0021]12)分散相溶液和连续相溶液流入到第一十字型聚焦结构并连续生成载细胞微滴，载细胞微滴通过第一连接通道段进入微滴固化通道使微滴形成包载有单个细胞的水凝胶微球；
[0022]13)生成的水凝胶微球通过第二连接通道段进入第二十字型聚焦结构并利用缓冲液对其进行冲洗，冲洗掉水凝胶微球表面及通道内残留的连续相溶液、并起到调节PH值的作用；
[0023]14)经冲洗后的水凝胶微球进入捕获阵列，利用捕获结构捕获水凝胶微球，直至所有捕获结构内均捕获有水凝胶微球；
[0024]15)关闭分散相入口和连续相入口，通过缓冲液入口继续通入缓冲液，清除微流体控制通道内的分散相液体和连续相液体后，关闭缓冲液入口和废液口；
[0025]步骤二：单个细胞培养
[0026]21)将微流控芯片置于水浴锅内并保持38℃；
[0027]22)打开培养液入口和培养液出口；将培养液通过培养液入口注入捕获阵列，实现
单个细胞三维培养，以实时观察细胞的生长情况。
[0028]进一步，所述分散相溶液采用0.1mol/L的Ca
‑
EDTA溶液与2wt％的海藻酸钠等体积混合得到分散混合液，在分散混合液内加入K562细胞后得到分散相溶液，且细胞密度(2
‑
3)
×
106个/mL；；0.1mol/L的Ca
‑
EDTA溶液由0.2mol/L的氯化钙溶液与0.2mol/L的EDTA
‑
2Na等体积混合得到。
[0029]进一步，所述连续相溶液由0.2v/v％的乙酸、6v/v％的PFO和93.8v/v％的HFE
‑
7100制备得到；所述缓冲液和培养液由45mL的细胞培养基与5mL的血清混合后再加入500μL的双抗得到。
[0030]进一步，所述步骤12)中，分散相溶液的流速10
‑
150μL/h,连续相溶液的流速200
‑
1200μL/h。
[0031]本专利技术的有益效果在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征在于：包括芯片本体，所述芯片本体内设有微流体控制通道；所述微流体控制通道包括载细胞微滴生成区、微滴固化区、微滴冲洗区和微滴捕获培养区；所述载细胞微滴生成区包括第一十字型聚焦结构，所述第一十字型聚焦结构连接分散相通道、第一连接通道段和两条连续相通道，所述分散相通道连接分散相入口，两条所述连续相通道连接连续相入口；所述分散相通道和第一连接通道段位于同一条直线上，两条所述连续相通道对称设置在所述分散相通道的两侧；所述微滴固化区内设有微滴固化通道，所述微滴固化通道的两端分别设有第一连接通道段和第二连接通道段；所述微滴冲洗区包括第二十字型聚焦结构，所述第二十字型聚焦结构连接第二连接通道段、微滴冲洗通道和两条缓冲液通道，所述微滴冲洗通道用于冲洗和调节PH值，两条所述缓冲液通道连接缓冲液入口；所述第二连接通道段和微滴冲洗通道位于同一条直线上，两条所述缓冲液通道对称设置在所述第二连接通道段的两侧；所述微滴捕获培养区包括捕获阵列和培养液通道；所述捕获阵列包括至少两条相互平行的微滴捕获支通道，所有的所述微滴捕获支通道之间首尾相连以构成蛇形的微滴捕获通道，相邻的微滴捕获支通道之间设有捕获结构，所述微滴捕获通道的一端与所述微滴冲洗通道相连、另一端与废液口相连；所述培养液通道包括与每一条所述微滴捕获支通道两端相连的培养液注入支通道和培养液排出支通道，所有的所述培养液注入支通道与培养液入口相连，所有的所述培养液排出支通道与培养液出口相连。2.根据权利要求1所述的用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征在于：所述连续相通道与所述分散相通道之间的夹角等于90
°
；所述缓冲液通道与所述第二连接通道段之间的夹角等于90
°
；所述微滴固化通道位于所述第一连接通道段和第二连接通道段之间的部分以及所述微滴冲洗通道均设为蛇形通道结构。3.根据权利要求1所述的用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征在于：所述微滴冲洗通道的宽度大于等于所述微滴固化通道的宽度。4.根据权利要求3所述的用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征在于：所述分散相通道、连续相通道、微滴固化通道、缓冲液通道和微滴捕获通道的宽度相等；所述培养液注入支通道和培养液排出支通道的宽度相等并小于等于所述微滴捕获通道的四分之一。5.根据权利要求1所述的用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征在于：所述培养液通道还包括与培养液入口相连的培养液缓冲腔，所有的所述培养液注入支通道均与所述培养液缓冲腔相连。6.根据权利要求1所述的用于单细胞三维培养的微流控芯片，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛伊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：