一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微流控芯片系統領域，具體涉及一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統及其使用方法。
【背景技術】
[0002]細胞生物實驗(如遺傳突變實驗研究)需要數以萬計的細胞樣品。一方面要求實驗數據具有統計學意義，排除不穩定、偶然性因素；另一方面，在每一項細胞實驗中，需進行多方面檢測而消耗大量細胞，此外，細胞存在凋亡失效，因此需要大量的細胞才能完成實驗內容。高通量檢測技術可使各個細胞樣品的實驗條件更趨一致，使實驗數據更加真實可靠，并顯者提尚實驗效率。
[0003]但是，由于受技術的限制，國際上現有單離子束裝置的輻照通量比較低，最高不超過3000個細胞/h。實驗過程中，手工操作較多，如需要傳送樣品盤至輻照點、輻照結束后需要取出樣品盤，每次需要用顯微鏡進行聚焦、拍攝細胞圖像，并用軟件識別細胞等，大量的時間耗費在過程操作方面，軟件識別細胞的速度也較慢。同時，先被輻照的細胞必須停留于樣品盤，待細胞盤中所有細胞輻照完畢，才能將樣品盤傳送至檢測臺，不能對單個細胞進行在線跟蹤。不但耗時耗力，而且實驗數據的可靠性也受到影響，限制了單離子束裝置的功能和效率。
[0004]微流控(Microfluidic)是一種功能強大的芯片集成技術，近年來其發展和應用非常迅猛。微流控芯片一般是在很小的材料基片上集成了許許多多微小通道或網絡結構的功能單元。通道寬度為微米至亞微米，功能單元如流體領域的微閥和微栗、生化領域的透析和萃取、光學領域的CCD和脈沖光源，都集成在方寸之間。如今微流控芯片的集成度和集成規模越來越高，功能越來越廣。一個微流控芯片可能比一座實驗室的工作能力還要強大，如一塊3.3mm*6mm的微流控芯片上集成了 3574個微閥和1024個微反應器；一個集成384個電泳芯片的微流控在325秒內檢測出384份突變株樣品，每個樣品的分析時間不到I秒。微流控由于具有體積小、反應快、組合靈活、省料、低耗、污染小等優點，在生物學、醫學、化學、環境監測等許多領域都具有廣泛的應用。基于此，將微流控技術應用于單離子束輻射系統，實現高通量輻照、在線原位檢測成為一種可能，對生物學研究具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統及其使用方法，以克服現有單離子束裝置輻通量低、無法在線原位檢測的技術缺陷。
[0006]為實現上述技術功能，本發明提供一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統，包括培養基儲液池和微通道，微通道與儲液池通過U形連接，微通道只允許單個細胞排隊式前行，微通道兩側安裝實時檢測細胞電極對，實時檢測細胞電極對的前方設有輻射點，輻射點厚度不超過5 μπι ;實時檢測細胞電極對產生差分信號，通過信號處理技術檢測通道內微流體阻抗變化，可以快速識別細胞通過與否，細胞識別信號接入單離子束裝置的束控系統，使得細胞通過輻照點時，束控系統能控制離子及時準確地輻照至細胞。
[0007]優選的，所述輻射點位置采用5微米Mylar薄膜壓制而成。
[0008]本發明還提供一種上述用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統的使用方法，包括下列步驟:
[0009](I)將微流控芯片系統置于單離子束輻照裝置的束流輻照出口上方；
[0010](2)驅動栗驅動細胞培養基懸浮液進入微通道前行；
[0011](3)細胞流經實時檢測電極點時被識別，控制系統計算細胞到達輻照點的時間，由此確定開通束流的時刻，使離子及時而準確輻照至細胞；
[0012](4)被輻照后的細胞經切換閥導向細胞池或在線檢測分析系統，以進行不同目標實驗。
[0013]優選的，所述細胞在運動狀態或靜止狀態進行輻照。
[0014]與現有技術相比，本發明所取得的有益效果為:(I)首次將微流控用于單離子束輻照裝置，輻照通量提高幾十倍，滿足了生物學實驗細胞用量大的需要，為輻射生物學提供了新的高通量技術平臺；(2)細胞能夠自動、連續、快速地進入單離子束輻照點，顯著減少了人工操作，極大地提高了工作效率，而且每個細胞的輻照參數更加一致，實驗過程更加流暢，獲得的實驗數據更加穩定可靠；(3)細胞被輻照后，無需下線即可聯機檢測和分析，獲得被輻照細胞的早期信息，實現了在線檢測單個細胞的技術功能；(4)無需對細胞進行染色，消除了染料對細胞的毒性作用；(5)采用本發明的單離子束裝置可以對納米液體、污水等樣品進行輻照研究，擴大了單離子束的應用范圍。
【附圖說明】
[0015]圖1為用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步具體說明。
[0017]如圖1所示，用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統，置于束流輻照出口之上，采用玻璃作為微流控芯片基板材料，微流控芯片具有培養基儲液池、微通道、實時檢測細胞電極、輻照點、過濾器、細胞池等功能結構。培養基儲液池前端與多通道驅動栗聯接，多通道驅動栗用于驅動培養基懸浮液前進，以及向培養基中注入0)2和O 2，以調控培養基酸堿平衡和含氧量，滿足細胞成活條件。驅動系統能快速驅動微流體作穩恒運動或停止不動。微通道與儲液池采用U形連接，通道大小只允許單個細胞排隊式前行，實時檢測細胞電極對安裝在微通道兩側，其前方設有輻射點，輻射點厚度較薄，不超過5 μπι，以使離子能穿透該點輻照微通道內的細胞，輻照點采用5微米Mylar薄膜壓制而成。細胞流經實時檢測電極點時被快速識別，該識別信號接入單離子束裝置的束控系統，束控系統計算細胞到達輻照點的時間，由此確定開通束流的時刻，使離子及時而準確輻照至細胞。被輻照后的細胞經切換閥導向細胞池或在線檢測分析系統，以進行不同的目標實驗。在線檢測分析系統由熒光顯微鏡、CCD、光譜儀等組成，由電腦總控臺進行數據分析。
[0018]細胞可以在運動狀態也可以在靜止狀態進行輻照。當每個細胞受輻照離子數不多時，可以讓細胞在運動狀態下進行輻照，無須停止細胞運動。當輻照離子數目超過一定的范圍，則需使細胞暫時靜止后再輻照。因此，應根據實驗條件來決定是運動輻照還是靜止輻照。但不管是靜止輻照，還是運動輻照，其輻照通量均比現有裝置至少提高一個量級。
[0019]最后需要說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統，包括培養基儲液池和微通道，其特征在于:所述微通道與所述培養基儲液池通過U形連接，所述微通道只允許單個細胞排隊式前行，所述微通道兩側安裝實時檢測細胞電極對，其前方設置輻射點，所述輻射點厚度不超過5 μπι，所述實時檢測細胞電極對通過差分信號技術檢測通道內微流體阻抗變化，可以快速識別細胞通過與否，細胞識別信號接入單離子束裝置的束控系統，使得細胞通過所述輻照點時，所述束控系統能控制離子及時準確地輻照至細胞。2.根據權利要求1所述的用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統，其特征在于:所述輻射點位置采用5微米Mylar薄膜壓制而成。3.—種權利要求1或2所述用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統的使用方法，其特征在于包括下列步驟: (1)將微流控芯片系統置于單離子束輻照裝置的束流輻照出口上方； (2)驅動栗驅動細胞培養基懸浮液進入微通道前行； (3)細胞流經實時檢測電極點時被識別，束控系統計算細胞到達輻照點的時間，由此確定開通束流的時刻，使離子及時而準確地輻照至細胞； (4)被輻照后的細胞經切換閥導向細胞池或在線檢測分析系統，以進行不同的目標實驗。4.根據權利要求3所述的用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統的使用方法，其特征在于:所述細胞在運動狀態或靜止狀態下進行輻照。
【專利摘要】本發明公開一種用于提高單離子束輻照通量的微流控芯片系統，包括培養基儲液池和微通道，微通道只允許單個細胞排隊式前行，微通道兩側安裝實時檢測細胞電極，實時檢測細胞電極前方設有輻射點，輻射點厚度不超過5μm；實時檢測細胞電極對產生差分信號，通過信號處理技術檢測通道內微流體阻抗變化，以快速識別細胞通過與否，細胞識別信號接入單離子束裝置的束控系統，使得細胞通過輻照點時，束控系統能控制離子及時準確地輻照至細胞。本發明首次將微流控用于單離子束輻照裝置，輻照通量提高幾十倍，滿足了生物學實驗細胞用量大的需要，為輻射生物學提供了新的高通量技術平臺，有著潛在的商業應用前景。
【IPC分類】G01N21/25, G01N21/64
【公開號】CN105203468
【申請號】CN201510689937
【發明人】詹福如, 吳李君, 陳連運, 卞坡, 黃青, 袁航
【申請人】中國科學院合肥物質科學研究院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月19日