CN106701573B - 一种细胞流体实验用生物芯片使用方法 - Google Patents
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Abstract
发明提供了一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，其特征在于包含：第一步选取的芯片形状规格，计算出实验流体流速下的细胞培养区的流体流动网络。第二步用选好的芯片，分成实验组和对照组，在相同条件下培养实验细胞。第三步，待细胞贴壁生长后，持续注入实验要求的一定流速的流体。第四步，通过高速高清摄像机检测流体作用力下细胞的分化情况。第五步，实验结束，将废液排出。本发明芯片具有下列有益效果，比普通芯片多设置了不同流体力学实验条件下的培养检测单元，在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，控制流体输入速率，保证检测的可靠性，使得实验检测结果更能反应真实的细胞生长环境，掌握剪切力对细胞的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验专用的细胞培养的生物芯片的使用方法，从使用上讲，是一种运用在细胞培养实验中的用于流体实验的细胞培养生物芯片的使用方法。
背景技术
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。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，但目前缺乏用于剪切力实验的细胞培养生物芯片，已达到能够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。
因此，需要发明提供一种用于细胞流体实验的生物芯片及其使用方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的技术内容是一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，其特征在于：在长方形或圆形的芯片一侧有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培养区一和培养区二，两个培养区对称分布。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1个废液池。废液池通过排出通道与排出口连接。所述培养区一和培养区二的进口和出口的两边与连接通道两边都是圆弧过渡，以减少出现湍流。培养区一的边是由R=0.5mm-1mm的圆弧壁开口相互反向，弧的两端相互连接串联，连接成俯视成凹凸的线条形状，类似波浪形状。培养区二的边是由R=3mm-5mm的圆弧壁开口相互反向，弧的两端相互连接串联，连接成俯视成凹凸的线条形状，类似波浪形状。此设计，主要是增加流体对细胞的作用力，同时又尽量避免产生涡流。由于培养区一和培养区二的宽窄边不同，造成两区内部的剪切力不同。细胞在两区中进行培养，对比分析出在不同剪切力的作用下干细胞的分化情况。或者，所述芯片的培养区一和培养区二的边的形状有波浪是尖锥形的另一种规格。培养区一和培养区二的边的形状是俯视呈现为相同大小的尖锥相互反向开口，锥两边端头相互连接串联成的形状。培养区一尖锥形的边长是0.5mm-1mm，两边之间的凸凹角α1是α1≤60°的尖角。培养区二的尖锥形的边长是2mm-5mm，两边之间的凸凹角α2是α2≤90°的尖角。也就是本发明的芯片有圆弧凹凸边形和锐角的尖角凹凸边形，这2种形状规格。此设计是为了对比实验，增加产生湍流，形成涡流，比较力学刺激的变化对细胞的影响。所述培养区一和培养区二的长L相等，并且L≥20mm，培养区一和培养区二的最宽度尺寸D相等，并且D尺寸是连接通道宽度尺寸d的3倍以上，即D≥3d。此设计是满足实验条件的最优化。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其特征在于，使用操作步骤如下。
第一步，根据细胞剪切力实验，选取的芯片培养区一和培养区二的形状，并设计好实验所需流速，将选好的芯片的矩形培养区和锥形培养区的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的培养区一和培养区二的流体流动网络。
第二步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组培养实验细胞；从注射孔分别成对注入干细胞和培养液，定期通过注射孔更换培养液，保证细胞正常的新陈代谢。
第三步，待细胞贴壁生长后，从两对注射孔持续注入实验要求的一定流速的流体，流体通过培养区一和培养区二产生刺激细胞的作用力。
第四步，通过高清摄像机或DVD检测培养区一3和培养区二7流体作用力下细胞的分化情况，检测细胞信号，收集数据；根据细胞定位，和流体流动网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究不同流体剪切力对细胞的影响。
第五步，将废液池培养池中细胞的代谢产物和剩余的培养液，通过排出通道和排出口排出。
优选的，所述培养区一和培养区二的底面高度，在与连接通道相接的进口处和出口处的两个培养区的高度尺寸都相同，即底面有坡度时，培养区一和培养区二的两个底面的坡度都一致。这样便于保证实验数据的对比。
优选的，所述芯片的制作材质都是透明材质；所述芯片在培养区一和培养区二的区域上都加工有网格刻线。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。
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
图1发明的一种具有圆弧凹凸边形培养区的俯视示意图。
图2发明的一种具有尖角凹凸边形培养区的俯视示意图。
其中：1.废液池；2.排出通道； 3.培养区一；4.连接通道；5.V通道；6.注射孔；7.培养区二；8.排出口，9.网格刻线。
具体实施方式
下面结合附图1-2进一步对本发明加以说明。一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，选取培养区一3和培养区二7形状规格相同的芯片，分为实验组和对照组，进行细胞培养和流体流动刺激细胞的实验。
实施例一
第一步，选取的芯片形状规格为：培养区一3的边是由R=0.8mm的圆弧壁相互反向串联组成、培养区二7的边是由R=4mm的圆弧壁相互反向串联组成的圆弧凹凸边形芯片。培养区一3和培养区二7的长L=25mm，培养区一3和培养区二7的最宽度尺寸D=10mm，连接通道宽度尺寸d=1mm。实验流体注入流速15μL/S、30μL /S。将选好的芯片的矩形培养区3和锥形培养区7的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的培养区一3和培养区二7的流体流动网络。
第二步，用20个以上选好的芯片，分成实验组10个和对照组培10个，在相同条件下培养实验细胞。从注射孔6分别成对注入干细胞和培养液，定期通过注射孔6更换培养液，保证细胞正常的新陈代谢。
第三步，待细胞贴壁生长后，从两对注射孔6持续注入实验要求的一定流速的流体，流体通过培养区一3和培养区二7产生刺激细胞的作用力。
第四步，通过高速高清摄像机检测培养区一3和培养区二7流体作用力下细胞的分化情况，检测细胞信号，收集数据。根据细胞定位，和流体流动网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究不同流体剪切力对细胞的影响。
第五步，实验结束，将废液池1培养池中细胞的代谢产物和剩余的培养液，通过排出通道2和排出口8排出。
实施例二
第一步，选取的芯片形状规格为：培养区一3尖锥形的边长是0.5mm，两边之间的凸凹角α1=30°的尖角。培养区二7的尖锥形的边长是4mm，两边之间的凸凹角α2=80°的尖角。培养区一3和培养区二7的长L=40mm，培养区一3和培养区二7的最宽度尺寸D=30mm，连接通道宽度尺寸d=2.5mm。实验流体注入流速25μL/S、50μL /S。将选好的芯片的矩形培养区3和锥形培养区7的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的培养区一3和培养区二7的流体流动网络。
第二步，用12个选好的芯片，分成实验组6个和对照组6个，在相同条件下培养实验细胞。从注射孔6分别成对注入干细胞和培养液，定期通过注射孔6更换培养液，保证细胞正常的新陈代谢。
第三步，待细胞贴壁生长后，从两对注射孔6持续注入实验要求的一定流速的流体，流体通过培养区一3和培养区二7产生刺激细胞的作用力。
第四步，通过高清DVD检测培养区一3和培养区二7流体作用力下细胞的分化情况，检测细胞信号，收集数据；根据细胞定位，和流体流动网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究不同流体剪切力对细胞的影响。
第五步，实验结束，将废液池1培养池中细胞的代谢产物和剩余的培养液，通过排出通道2和排出口8排出。
Claims (3)
1.一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，使用的长方形或圆形的芯片一侧有2排共4个注射孔（6），注射孔（6）两两为一对，每对2个注射孔（6）各自分别连接一条共2条V通道（5），2条V通道（5）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）分别连接培养区一（3）和培养区二（7），两个培养区对称分布；两个培养区另一端，各连接有连接通道（4），2条连接通道（4）最后汇流到1个废液池（1），废液池（1）通过排出通道（2）与排出口（8）连接；所述培养区一（3）和培养区二（7）的进口和出口的两边与连接通道（4）两边都是圆弧过渡；培养区一（3）的边由R=0.5mm-1mm的圆弧壁相互反向串联，连接成俯视成凹凸的线条形状，培养区二（7）的边由R=3mm-5mm的圆弧壁开口相互反向，弧的两端相互连接串联，连接成俯视成圆弧凹凸的线条形状；或者，所述培养区一（3）和培养区二（7）边的形状，是俯视呈现为相同大小的尖锥相互反向开口，尖锥的两边端头相互连接串联成的形状，即尖角凹凸边形；培养区一（3）的尖锥形的边长为0.5mm-1mm，两边之间的凸凹角α1是α1≤60°的尖角；培养区二（7）的尖锥形的边长为2mm-5mm，两边之间的凸凹角α2是α2≤90°的尖角；上述两个并列技术方案，所述培养区一（3）和培养区二（7）的长L相等，并且L≥20mm，培养区一（3）和培养区二（7）的最宽度尺寸D相等，并且D尺寸是连接通道（4）宽度尺寸d的3倍以上，即D≥3d；其特征在于，使用操作步骤如下：
第一步，根据细胞剪切力实验，选取的芯片培养区一（3）和培养区二（7）的形状，并设计好实验所需流速，将选好的芯片的矩形培养区（3）和锥形培养区（7）的形状和尺寸，以及全部通道尺寸输入计算机内，用CAD软件制图；然后将制图数据导入流体模拟软件中，计算出实验流体流速下的培养区一（3）和培养区二（7）的流体流动网络；
第二步，用以上选好的芯片，分成实验组和对照组培养实验细胞；从注射孔6分别成对注入干细胞和培养液，定期通过注射孔6更换培养液，保证细胞正常的新陈代谢；
第三步，待细胞贴壁生长后，从两对注射孔6持续注入实验要求的一定流速的流体，流体通过培养区一（3）和培养区二（7）产生刺激细胞的作用力；
第四步，通过高清摄像机或DVD检测培养区一（3）和培养区二（7）流体作用力下细胞的分化情况，检测细胞信号，收集数据；根据细胞定位，和流体流动网络的定位，对收集的细胞实验数据进行分析，研究不同流体剪切力对细胞的影响；
第五步，实验结束，将废液池（1）培养池中细胞的代谢产物和剩余的培养液，通过排出通道（2）和排出口（8）排出。
2.根据权利要求1所述的一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，特征在于：使用芯片的培养区一（3）和培养区二（7）的底面高度，在与连接通道（4）相接的进口处和出口处的两个培养区的高度尺寸都相同，即底面有坡度时，培养区一（3）和培养区二（7）的两个底面的坡度都一致。
3.根据权利要求1所述的一种细胞流体实验用生物芯片使用方法，其特征在于：使用芯片的制作材质都是透明材质；所述芯片在培养区一（3）和培养区二（7）的区域上都加工有网格刻线（9）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20230418 Address after: Room 502, Building 1, No. 40, Xiayuangang East Street, Yuangang Village, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province, 510000 Patentee after: Guangzhou Huansheng Technology Co.,Ltd. Address before: No. 20, East Road, University City, Chongqing, Shapingba District, Chongqing Patentee before: Chongqing University of Science & Technology Effective date of registration: 20230418 Address after: B-102 #, New City State owned Assets Inspection and Testing Laboratory Building, No. 8 Shangju Road, Yunlong Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province, 221000 Patentee after: Xuzhou Longpeptide Medical Laboratory Co.,Ltd. Patentee after: Wei Bing Patentee after: Lu Jian Address before: Room 502, Building 1, No. 40, Xiayuangang East Street, Yuangang Village, Tianhe District, Guangzhou City, Guangdong Province, 510000 Patentee before: Guangzhou Huansheng Technology Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: A method for using a biological chip for cell fluid experiments Granted publication date: 20181023 Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Xuzhou Branch Pledgor: Xuzhou Longpeptide Medical Laboratory Co.,Ltd. Registration number: Y2024980038126 |