一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201611058414.5 (22)申请日 2016.11.27 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 106434347 A (43)申请公布日 2017.02.22 (73)专利权人 重庆科技学院 地址 401331 重庆市沙坪坝区大学城东路 20号 (72)发明人 廖晓玲徐文峰解文月罗贤 (51)Int.Cl. C12M 3/04(2006.01) (56)对比文件 CN 101717720 A,2010.06.02,全文. EP 2365879 A2,2011

2、.09.21,全文. CN 102504997 A,2012.06.20,全文. CN 106544272 A,2017.03.29,全文. CN 206266634 U,2017.06.20,权利要求1- 4. CN 102787071 A,2012.11.21,全文. CN 103421691 A,2013.12.04,全文. Kou Songzi等.Computational simulation and application for a novel microfluidic multishear device. 南开大学学报 （自然科学 版） .2012,第45卷(第2期),第31-

3、44页. 赵振礼等.微流控芯片在干细胞研究中的应 用. 中国生物工程杂志 .2011,第31卷(第3期), 第81-86页. 王桐等.干细胞培养微流控芯片培养区与剪 切力有关的分析与设计. 北京工业大学学报 .2014,第40卷(第4期),第481-487页. 审查员 康雨欢 (54)发明名称 一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片 (57)摘要 发明了一种用于剪切力实验的细胞培养生 物芯片， 其特征在于： 在长方形的芯片一端有2排 共4个注射孔， 注射孔与V通道沿长方形芯片的两 条长边， 呈 “Y” 型汇流到左右对称的2条连接通 道。 2条连接通道分别连接有1个矩形培养区和1 个锥形培养区。

4、与现有的设计相比， 本发明芯片 具有下列有益效果， 比普通芯片设置了不同剪切 力的培养系统， 在干细胞培养过程中施加不同的 剪切力， 达到即时、 有效、 微量观测。 能够在检测 的时间段内进行实时监测， 控制营养物质的输入 速率， 保证检测的可靠性， 使得结果更能反应真 实的干细胞生长环境， 掌握剪切力对干细胞分化 的影响。 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 CN 106434347 B 2018.10.23 CN 106434347 B 1.一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片， 其特征在于： 在长方形的芯片一端有2排 共4个注射孔 （6） ， 注射孔 （6） 两两为一对， 每对2个注射

5、孔 （6） 各自分别连接一条共2条V通道 （5） ， 2条V通道 （5） 沿芯片的长方形两条长边或平行于短边， 呈 “Y” 型汇流到左右对称的2条 连接通道 （4） ； 2条连接通道 （4） 拐弯后平行于芯片的长边， 伸向芯片的另一端； 左右2条连接 通道 （4） 在芯片的中部， 分别连接有1个矩形培养区 （3） 和1个锥形培养区 （7） ， 两个培养区对 称分布在芯片中部的两侧； 2个培养区另一端， 各连接有连接通道 （4） ， 2条连接通道 （4） 最后 汇流到在芯片另一端中部的1个矩形废液池 （1） ， 矩形废液池 （1） 通过排出通道 （2） 与排出口 （8） 连接； 芯片的锥形培养区

6、 （7） 的锥尖有朝矩形废液池 （1） 一端的和锥尖朝注射孔 （6） 一端 的2种规格； 矩形培养区 （3） 和锥形培养区 （7） 内部宽度不同； 矩形培养区 （3） 和锥形培养区 （7） 的底面高度， 在与连接通道 （4） 连接的进口处和出口处的高度尺寸都相同， 即底面有坡 度时， 矩形培养区 （3） 和锥形培养区 （7） 的两个底面的坡度都一致。 2.根据权利要求1所述的一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片， 其特征在于： 所述 芯片的制作材质都是透明材质； 所述芯片在矩形培养区 （3） 和锥形培养区 （7） 的区域上都加 工有网格刻线。 权利要求书 1/1 页 2 CN 10643434

7、7 B 2 一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片 技术领域 0001 本发明涉及一种新型细胞培养的生物芯片， 从使用上讲， 是一种运用在细胞培养 实验中的用于剪切力实验的细胞培养生物芯片。 背景技术 0002 生物芯片是近20年在生物医学工程领域中迅速发展起来的一项高新技术。 生物芯 片用途广泛， 在生命科学研究及实践、 医学科研及临床、 药物设计、 环境保护、 农业、 军事等 各个领域。 因为其高通量， 微型化和自动化的特点， 符合快速、 高效、 低成本的工业化运作原 则， 在疾病诊断、 药物筛选、 细胞培养等领域， 具有非常强大的运用前景。 这些无疑将会产生 巨大的社会和经济效益。 然而，

8、 传统的生物芯片技术存在着许多难以解决的问题， 主要表现 在传统生物芯片采用的是离体的基因与蛋白分子， 经历从细胞内环境提取、 分离、 提纯、 表 面粘附、 分子结合等等一系列处理之后， 处理后的细胞发生变化， 并不能起到及时观察， 分 析的作用。 所以， 要改变这种状况， 必须从根本上彻底改变生物芯片的设计思路， 设计一种 能形成实时观察对比的芯片。 0003 在对细胞的分化和增殖研究中， 细胞力学实验经常用到， 模拟体内流体， 细胞探究 对不同剪切力的影响是其中的一项， 但目前缺乏用于用于剪切力实验的细胞培养生物芯 片， 缺乏获取模拟流体力学条件下的细胞对剪切力的实时反映状况。 0004

9、因此， 需要发明提供一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片， 以解决上述问题。 发明内容 0005 本发明的技术内容是一种用于剪切力实验的细胞培养生物芯片， 其特征在于： 在 长方形的芯片一端有2排共4个注射孔， 注射孔两两为一对， 每对2个注射孔各自分别连接一 条共2条V通道， 2条V通道沿长方形芯片的两条长边， 或者沿长方形芯片的短边， 呈 “Y” 型汇 流到左右对称的2条连接通道，“Y” 型开口朝向芯片的两侧。 2条连接通道拐弯后平行于芯片 的长边， 伸向芯片的另一端； 左右2条连接通道在芯片的中部， 分别连接有1个矩形培养区和 1个锥形培养区， 两个培养区对称分布在芯片中部的两侧。 这两

10、个培养区主要作用是培养活 细胞生长， 用于检测活细胞。 2个培养区另一端， 各连接有连接通道， 2条连接通道最后汇流 到在芯片另一端中部的1个矩形废液池， 矩形废液池通过排出通道与排出口连接。 0006 优选的， 所述芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状有直角型和圆角型2种规格。 即芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状有保持矩形的直角和锥形的直角的直角型号， 以 及矩形和锥形的直角都用圆角圆弧倒角的圆角型号， 这2种规格。 倒角圆角R2mm， 以保证 消除直角的对流体的影响。 芯片的锥形培养区的锥尖有朝矩形废液池一端的和锥尖朝注射 孔一端的2种规格。 这样设计便于数据的实验对比和验证。 0007

11、优选的， 所述矩形培养区和锥形培养区内部宽度不同， 能在相同的培养液流速下， 由于矩形培养区和锥形培养区的宽窄不同， 造成矩形培养区和锥形培养区内部的剪切力不 同。 细胞在矩形培养区和锥形培养区中进行培养， 对比分析出在不同剪切力的作用下干细 说明书 1/2 页 3 CN 106434347 B 3 胞的分化情况， 并能够依据实验要求根据流体力学公式计算， 调整研究不同的宽度下的剪 应力， 研究相同或者不相同流速下产生的剪应力变化对细胞的影响。 但是矩形培养区和锥 形培养区的底面高度， 在与连接通道连接的进口处和出口处的高度尺寸都相同， 即底面有 坡度时， 矩形培养区和锥形培养区的两个底面的坡

12、度都一致。 这样便于保证实验数据的对 比。 0008 优选的， 所述芯片的制作材质都是透明材质， 这样保证芯片能够在显微镜或CCD下 检测。 所述芯片在矩形培养区和锥形培养区的区域上都加工有网格刻线， 以便于细胞定位 和流体模拟时对细胞剪切力的定位。 0009 本发明芯片的优点： 在良好的细胞培养环境下， 通过在芯片上的实验操作， 能够起 到同时定量定向的实验观测对比， 从而使研究剪切力对细胞的影响实验更加方便， 减少了 即时观测的实验时间和误差。 与现有的设计相比， 本发明芯片具有下列有益效果： 比普通芯 片设置了不同剪切力的培养系统， 在干细胞培养过程中施加不同的剪切力， 达到即时、 有

13、效、 微量观测。 能够在检测的时间段内进行实时监测， 控制营养物质的输入速率， 保证检测 的可靠性， 使得结果更能反应真实的干细胞生长环境， 掌握剪切力对干细胞分化的影响， 为 后续工作做准备。 附图说明 0010 图1为本发明的一种直角型规格的俯视示意图。 0011 图2为本发明的一种直角型规格的俯视示意图。 0012 图3为本发明的一种圆角型规格的俯视示意图。 0013 图4为本发明的一种圆角型规格的俯视示意图。 0014 其中： 1.矩形废液池； 2.排出通道； 3.矩形培养区； 4.连接通道； 5.V通道； 6.注射 孔； 7.锥形培养区； 8.排出口； 9.网格刻线。 具体实施方式

14、0015 下面结合附图1-4进一步对本发明加以说明。 0016 操作步骤如下： 从长方形的芯片一端的注射孔6分别成对注入干细胞和营养液， 定 期通过注射孔6补给相应的营养物质， 保证细胞正常的新陈代谢。 把注射孔6成对分组， 作为 对照组。 营养物质直接被运送到培养区内， 用于即时观测细胞的生长。 待细胞贴壁生长后， 从两对注射孔6持续注入细胞培养液， 流态的培养液流过矩形培养区3和锥形培养区7产生 的剪切力作用于细胞。 在特定的实验培养条件下， 矩形培养区3和锥形培养区7能够起到对 比作用。 待细胞贴壁生长24h后， 可直接通过高清摄像机或DVD检测剪切力作用下细胞的分 化情况。 网格刻线9起到芯片不同流体部位的细胞定位作用。 矩形废液池1将培养池中干细 胞的代谢产物或者是多余的注射物质暂时储存的空间， 保证干细胞的正常培养环境。 最后 矩形废液池1的废液通过排出通道2与最终排出口8排出。 说明书 2/2 页 4 CN 106434347 B 4 图1 图2 说明书附图 1/2 页 5 CN 106434347 B 5 图3 图4 说明书附图 2/2 页 6 CN 106434347 B 6