用于細(xì)胞微注射的微流控芯片、注射系統(tǒng)及其工作方法與流程

本發(fā)明屬于細(xì)胞生物學(xué)研究技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于細(xì)胞微注射的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

顯微注射技術(shù)是在顯微鏡視野內(nèi)將被注射細(xì)胞調(diào)整固定后，利用微注射針將外源基因或其他物質(zhì)注入細(xì)胞內(nèi)的一種技術(shù)，是現(xiàn)代生物工程的重要技術(shù)手段之一，現(xiàn)有的顯微注射裝置，包括具有移動(dòng)控制旋鈕的移動(dòng)部件，與移動(dòng)部件相連的持針器和注射針、通過螺紋連接將持針器和注射針相連的壓電陶瓷。這種裝置雖然可以明顯提高有效注射率，減少注射針對細(xì)胞膜的損傷，但是其也存在設(shè)備復(fù)雜，操作難度程度大，成本較高，效率和自動(dòng)化程度低等問題，針對以上問題有必要提出進(jìn)一步的解決方案。此外微流控技術(shù)工藝成熟，制作成本相對低廉，因此本文提出一種基于微流控技術(shù)的細(xì)胞微注射裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種微流控芯片、注射系統(tǒng)及其工作方法，以解決細(xì)胞快速、準(zhǔn)確注射的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微流控芯片，包括：第一、第二和第三端口，以及微注射針；待注射細(xì)胞適于從所述第一端口進(jìn)入注射微流道，且通過第二端口產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針的針尖，即針尖刺入待注射細(xì)胞，以完成注射；以及在完成注射后，所述第二端口產(chǎn)生正壓，使已注射細(xì)胞從第三端口排出。

進(jìn)一步，所述注射微流道具有傾角，且所述第一端口適于垂直接入注射微流道；待注射細(xì)胞進(jìn)入注射微流道后，第二端口產(chǎn)生的負(fù)壓使待注射細(xì)胞傾斜向上移動(dòng)且撞擊位于注射微流道末端的所述針尖，該針尖四周設(shè)有過液間隙，所述注射微流道通過過液間隙與第二端口對應(yīng)的微流道聯(lián)通。

進(jìn)一步，所述注射微流道的傾角為30-60°。

進(jìn)一步，當(dāng)微注射針注入外源物質(zhì)后，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出，從注射微流道內(nèi)傾斜向下移動(dòng)，從第三端口排出。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種注射系統(tǒng)。

所述注射系統(tǒng)包括所述的微流控芯片，以及 分別連接第一、第二端口的第一、第二微流泵；適于將外源物質(zhì)輸入微注射針的精密微流泵；安裝于第三端口的微閥；以及所述第一微流泵、第二微流泵、精密微流泵和微閥均有控制模塊控制。

進(jìn)一步，在注射時(shí)，所述控制模塊關(guān)閉微閥，打開第一微流泵，使待注射細(xì)胞適于從所述第一端口進(jìn)入注射微流道后，關(guān)閉第一微流泵；所述控制模塊再控制第二微流泵產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針的針尖，使針尖刺入待注射細(xì)胞，啟動(dòng)精密微流泵將外源物質(zhì)注入待注射細(xì)胞內(nèi)后關(guān)閉，以完成注射；以及在完成注射后，所述控制模塊打開微閥，且控制所述第二微流泵產(chǎn)生正壓，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出后，從第三端口排出。

第三方面，本發(fā)明還提供了一種注射系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

步驟S1，加入待注射細(xì)胞；

步驟S2，進(jìn)行注射；以及

步驟S3，將已注射細(xì)胞排出。

進(jìn)一步，所述注射系統(tǒng)為權(quán)利要求5所述的注射系統(tǒng)；

所述步驟S1中加入待注射細(xì)胞的方法包括：

所述控制模塊關(guān)閉微閥，打開第一微流泵，使待注射細(xì)胞適于從所述第一端口進(jìn)入注射微流道后，關(guān)閉第一微流泵。

進(jìn)一步，所述步驟S2中進(jìn)行注射的方法，即

所述控制模塊控制第二微流泵產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針的針尖，使針尖刺入待注射細(xì)胞，啟動(dòng)精密微流泵將外源物質(zhì)注入待注射細(xì)胞內(nèi)后關(guān)閉，以完成注射。

進(jìn)一步，所述步驟S3中將已注射細(xì)胞排出的方法包括：

在完成注射后，所述控制模塊打開微閥，且控制所述第二微流泵產(chǎn)生正壓，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出后，從第三端口排出。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的微流控芯片在PDMS上制作微流道，其成本相對低廉，且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，這將大大降低設(shè)備的復(fù)雜程度和成本，并且利用微流控芯片構(gòu)成的注射系統(tǒng)及其工作方法也同樣具有控制簡單，注射效率高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的微流控芯片的立體圖；

圖2是本發(fā)明的微流控芯片中相應(yīng)微流道結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是顯微注射區(qū)域局部放大圖；

圖4是本發(fā)明的微流控芯片中相應(yīng)微流道結(jié)構(gòu)三維模型；

圖5是PDMS基板三維結(jié)構(gòu)模型

圖中：

第一端口100、第一端口對應(yīng)的微流道110；

第二端口200、第二端口對應(yīng)的微流道210；

第三端口300、第三端口對應(yīng)的微流道310；

注射微流道400、過液間隙410；

微注射針2、針尖21；

PDMS塊3；

PDMS基板4。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種微流控芯片，包括：第一、第二和第三端口，以及微注射針；待注射細(xì)胞適于從所述第一端口100進(jìn)入注射微流道400，且通過第二端口200產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針2的針尖21，即針尖21刺入待注射細(xì)胞，以完成注射；以及在完成注射后，所述第二端口200產(chǎn)生正壓，使已注射細(xì)胞從第三端口300排出。

所述微流控芯片的本體例如但不限于采用聚二甲基硅氧烷：（Polydimethylsioxane）簡稱PDMS，是一種高分子有機(jī)硅化合物。具有光學(xué)透明。

具體的，本微流控芯片包含刻有微流道的PDMS塊3（如圖4所示），一塊PDMS基板4（如圖5所示），所述微注射針嵌入含有微流道的PDMS塊內(nèi)，PDMS基板和PDMS塊鍵合在一起，故該微流控芯片內(nèi)部密封，其僅能通過相應(yīng)微流道的外部端口（第一、第二和第三端口和微注射針的端口）與外界聯(lián)通。

為便于加工制作，第一、第二和第三端口微注射針的端口用打孔器做圓形處理，以便連接；且第一、第二和第三端口對應(yīng)的微流道（110、210、310）的截面形狀為矩形；微流道的尺寸可以根據(jù)要注射細(xì)胞的尺寸在一定的比例范圍內(nèi)變動(dòng)；把細(xì)胞看成近似球形其直徑為d，則各微流道的寬度為D，且有d<D<1.8d，深度均為H且有d<H<2d，這樣可以使細(xì)胞一個(gè)一個(gè)依次通過微流道而不產(chǎn)生“并排”移動(dòng)，方便后續(xù)操作。PDMS的透明特征便于在顯微鏡下觀察流道內(nèi)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以方便對細(xì)胞進(jìn)行顯微注射操作。

作為本微流控芯片的多種實(shí)施方式的一種，所述注射微流道具有傾角，且所述第一端口適于垂直接入注射微流道400，使待注射細(xì)胞從微流控芯片上端的第一端口垂直進(jìn)入；待注射細(xì)胞進(jìn)入注射微流道后，第二端口產(chǎn)生的負(fù)壓使待注射細(xì)胞傾斜向上移動(dòng)且撞擊位于注射微流道末端的所述針尖，該針尖四周設(shè)有過液間隙410，所述注射微流道400通過過液間隙410與第二端口對應(yīng)的微流道210聯(lián)通。

進(jìn)一步，所述過液間隙的間隙寬度小于細(xì)胞直徑，使細(xì)胞無法穿過，僅適于流體流動(dòng)。

可選的，所述注射微流道的傾角為30-60°，優(yōu)選為45°。

當(dāng)微注射針注入外源物質(zhì)后，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出，從注射微流道內(nèi)傾斜向下移動(dòng)，從第三端口排出。

所述注射微流道采用傾角設(shè)計(jì)，特別適合已注射細(xì)胞從針尖退出后，通過重力作為輔助協(xié)同正壓將已注射細(xì)胞從第三端口排出至培養(yǎng)皿。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，本實(shí)施例2提供了一種微流控芯片的注射系統(tǒng)，包括如實(shí)施例1所述的微流控芯片，以及

分別連接第一、第二端口的第一、第二微流泵；

適于將外源物質(zhì)輸入微注射針的精密微流泵；

安裝于第三端口的微閥；以及

所述第一微流泵、第二微流泵、精密微流泵和微閥均有控制模塊控制。

其中，所述第二微流泵適于從第二端口抽出芯片內(nèi)部流體，以產(chǎn)生正壓，或?qū)⒘黧w從第二端口注入芯片內(nèi)部，以產(chǎn)生負(fù)壓。 所述第三端口通過微閥連接培養(yǎng)皿。所述控制模塊例如但不限于采用處理器模塊及微流泵、微閥的驅(qū)動(dòng)電路。通過精密微流泵適于精確控制外源物質(zhì)的注入量。

在注射時(shí)，所述控制模塊關(guān)閉微閥，打開第一微流泵，使待注射細(xì)胞適于從所述第一端口進(jìn)入注射微流道后，關(guān)閉第一微流泵；所述控制模塊再控制第二微流泵產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針的針尖，使針尖刺入待注射細(xì)胞，啟動(dòng)精密微流泵將外源物質(zhì)注入待注射細(xì)胞內(nèi)后關(guān)閉，以完成注射；以及在完成注射后，所述控制模塊打開微閥，且控制所述第二微流泵產(chǎn)生正壓，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出后，從第三端口排出。

實(shí)施例3

在實(shí)施例2基礎(chǔ)上，本實(shí)施例3提供了一種注射系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

步驟S1，加入待注射細(xì)胞；

步驟S2，進(jìn)行注射；以及

步驟S3，將已注射細(xì)胞排出。

所述注射系統(tǒng)為實(shí)施例2所述的注射系統(tǒng)。

在步驟S1加入待注射細(xì)胞之前，先用細(xì)胞培養(yǎng)液清洗微流控芯片內(nèi)相應(yīng)微流道，而后使各微流道內(nèi)充滿細(xì)胞培養(yǎng)液（流體）。

所述步驟S1中加入待注射細(xì)胞的方法包括：

所述控制模塊關(guān)閉微閥，打開第一微流泵，使待注射細(xì)胞適于從所述第一端口進(jìn)入注射微流道后，關(guān)閉第一微流泵。

所述步驟S2中進(jìn)行注射的方法，即所述控制模塊控制第二微流泵產(chǎn)生負(fù)壓使待注射細(xì)胞撞擊微注射針的針尖，使針尖刺入待注射細(xì)胞，啟動(dòng)精密微流泵將外源物質(zhì)注入待注射細(xì)胞內(nèi)后關(guān)閉，以完成注射。

所述步驟S3中將已注射細(xì)胞排出的方法包括：在完成注射后，所述控制模塊打開微閥，且控制所述第二微流泵產(chǎn)生正壓，通過正壓將已注射細(xì)胞從針尖退出后，從第三端口排出。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。