细胞旋转装置和具有其的细胞旋转系统的制作方法

本实用新型涉及生物实验设备技术领域，具体而言，涉及一种细胞旋转装置和具有所述细胞旋转装置的细胞旋转系统。

背景技术：

细胞旋转作为细胞操作一项基本技术，在很多领域起着重要作用。例如，为实现细胞克隆自动化和高速化，在对受体细胞(特别是卵细胞)去除细胞核(比如利用化学方法)之后，利用细胞高速旋转确定受体细胞是否去核成功显得至关重要。该项技术能有效地提高整个操作过程的效率。除此之外，卵母细胞排除极体时，并不是每个角度都能观察到，此时需要通过细胞旋转来实现最终观察；而在有丝分裂的情况下，用偏光显微镜观察纺锤体也需要通过细胞旋转到一定的角度。除了在细胞观察上有很大作用，细胞旋转在单细胞分析和细胞微手术等方面也起着不可或缺的作用。

在传统技术中，实现细胞旋转通常采用以下方式：

操作人员利用两个显微操作针，一个用于固定细胞，另一个拨动它实现旋转，但这种方法对操作人员的要求很高，因此在成功率和操作速度等方面存在不足；

采用光镊旋转细胞，其可操作力小，一般只能旋转20μm以下的细胞，同时激光照射会产生热从而损伤细胞；

采用磁场旋转细胞，不仅要搭建复杂的磁控系统，且对被旋转对象也具有特定的要求(具有磁性)；

采用电场力进行细胞旋转，该方案中芯片制造复杂，且电流也会产生热量从而损伤细胞。

为此，相关技术中提出了采用声波旋转细胞，但只局限于对20μm及以下的小细胞进行旋转，而无法对大细胞(>80μm)进行高速旋转。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种细胞旋转装置，该细胞旋转装置具有操作力矩大、可控性强、对细胞无损伤、成本低等优点，且能够实现对大细胞(>80μm)进行旋转。

本实用新型还提出一种具有所述细胞旋转装置的细胞旋转系统。

根据本实用新型的第一方面的实施例提出一种细胞旋转装置，所述细胞旋转装置包括：微流控芯片，所述微流控芯片设有用于容纳细胞的微流道，所述微流道内构造有尖角结构；压电换能器，所述压电换能器通过声波在所述微流道内的尖角结构附近产生声流，以使所述细胞在所述声流的扭矩下发生旋转。

根据本实用新型实施例的细胞旋转装置具有操作力矩大、可控性强、对细胞无损伤、成本低等优点，且能够实现对大细胞(>80μm)进行旋转。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述微流道包括：主通道，所述尖角结构位于所述主通道内；进口通道，所述进口通道连接于所述主通道的一端；出口通道，所述出口通道连接于所述主通道的另一端。

根据本实用新型的一些具体示例，所述主通道具有沿其宽度方向相对的第一侧壁和第二侧壁，所述尖角结构排列成两排，其中，一排尖角结构沿所述第一侧壁的长度方向间隔布置于所述第一侧壁；另一排尖角结构沿所述第二侧壁的长度方向间隔布置于所述第二侧壁。

进一步地，所述一排尖角结构和所述另一排尖角结构在所述主通道的长度方向上错开设置。

进一步地，不同排中相邻尖角结构的相对面彼此平行设置。

进一步地，所述主通道的宽度为0.5mm-1.5mm，所述尖角结构的长度为300μm-500μm，同一排中相邻尖角结构的间距为0.5mm-1.5mm。

根据本实用新型的一些具体示例，所述进口通道的远离所述主通道的一端构造有进管接口，所述进管接口连接有进口管；所述出口通道的远离所述主通道的一端构造有出管接口，所述出管接口连接有出口管。

根据本实用新型的一些具体示例，所述进口通道和出口通道的宽度相等且小于所述主通道的宽度。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述压电换能器设于所述微流控芯片下方。

进一步地，所述压电换能器通过环氧树脂固定于所述微流控芯片。

根据本实用新型的第二方面的实施例提出一种细胞旋转系统，所述细胞旋转系统包括：显微镜；根据本实用新型的第一方面的实施例所述的细胞旋转装置，所述细胞旋转装置置于所述显微镜下；函数发生器，所述函数发生器与所述压电换能器相连，用于激发所述压电换能器；注射泵，所述注射泵与所述微流控芯片的微流道相连；计算机，所述计算机分别与所述显微镜和所述注射泵相连。

根据本实用新型实施例的细胞旋转系统，通过利用根据本使用进行的第一方面的实施例所述的细胞旋转装置，能够实现对大细胞(>80μm)进行旋转，且操作力矩大、可控性强、对细胞无损伤、成本低。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述细胞旋转系统还包括：电压放大器，所述电压放大器连接于所述函数发生器和所述压电换能器之间。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的细胞旋转系统的结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的细胞旋转装置的结构示意图。

图3是根据本实用新型实施例的细胞旋转装置的微流控芯片的结构示意图。

附图标记：

细胞旋转系统1、

显微镜10、细胞旋转装置20、函数发生器30、注射泵40、电压放大器50、

微流控芯片100、微流道110、尖角结构120、

压电换能器200、

主通道310、第一侧壁311、第二侧壁312、进口通道320、进管接口321、出口通道330、出管接口331、

进口管400、

出口管500。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型基于本申请的发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

相关技术中提出了采用声波(超声)旋转细胞的方案，但均存在一定的缺陷。

例如利用声波并结合shape-edged结构来实现细胞旋转，但仅实现了对20μm的hela细胞的旋转，并没有完成对大细胞(>80μm)的旋转，同时也没实现捕捉和旋转细胞的结合；

再例如通过制造特定的微柱结构并给予一定的振动，虽然实现了对老鼠卵母细胞(>80μm)的旋转，但是细胞旋转速度较慢，且无法回收旋转后的细胞；

再例如利用微气泡核超声振动实现细胞旋转，但微气泡不稳定，其大小会随着时间变化而变化，从而其共振频率也会发生变化。

考虑到相关技术中细胞旋转方案的现状，本实用新型提出一种细胞旋转装置20和具有其的细胞旋转系统1，旨在解决上述技术问题的至少之一。

下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1。

如图1-图3所示，根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1包括显微镜10、细胞旋转装置20、函数发生器30、注射泵40和计算机(图中未示出)。

首先参考附图描述根据本实用新型实施例的细胞旋转装置20。

如图2和图3所示，根据本实用新型实施例的细胞旋转装置20包括微流控芯片100和压电换能器200。

微流控芯片100设有用于容纳细胞的微流道110，微流道110内构造有尖角结构120。压电换能器200通过声波在微流道110内的尖角结构120附近产生声流，以使所述细胞在所述声流的扭矩下发生旋转。其中，微流控芯片100的设置微流道110的部分可以为pdms(聚二甲基硅氧烷)。

在本实用新型实施例的细胞旋转系统1中，细胞旋转装置20置于显微镜10下。函数发生器30与压电换能器200相连，用于激发压电换能器200。注射泵40与微流控芯片100的微流道110相连。所述计算机分别与显微镜10和注射泵40相连。

在本实用新型的一些具体实施例中，细胞旋转系统1还包括电压放大器50，电压放大器50连接于函数发生器30和压电换能器200之间。

下面举例描述根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1的工作过程。

细胞通过注射泵40输送至微流控芯片100的微流道110，函数发生器30和电压放大器50驱动压电换能器200，压电换能器200被激发之后以声波地形式传输能量，当声波被流体以及边界层吸收之后，由于粘性耗散以及非线性吸收，在一定的频率和电压下，就能在微流道110的尖角结构120附近产生声流，在声流的作用下，细胞就能依靠声流产生的扭矩发生旋转。

根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1及其细胞旋转装置20，通过设置压电换能器200，从而利用声波作为动力源，并结合微流控芯片100，在微流控芯片100上设置微流道110和尖角结构120，从而实现细胞旋转，不仅操作力矩大、可控性强、对细胞无损伤，而且制造简单、成本低廉。此外，能够实现对大细胞(>80μm)的高速旋转，同时实现了对细胞捕捉和旋转的集成，并解决了细胞的运输问题，是实现细胞克隆自动化和高速化一项不可或缺的关键技术，同时也在细胞观察(如有丝分裂时期纺锤体的观察)、细胞分析等方面起着重要作用。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图1和图2所示，压电换能器200设于微流控芯片100下方。

可选地，压电换能器200可以粘接在微流控芯片100的下方，以进行固定，例如，压电换能器200通过环氧树脂固定于微流控芯片100。

在本实用新型的一些具体示例中，如图3所示，微流道110包括主通道310、进口通道320和出口通道330。

尖角结构120位于主通道310内。进口通道320连接于主通道310的一端。出口通道330连接于主通道310的另一端，细胞从进口通道320进入主通道310，在尖角结构120附近发生旋转，最后从出口通道330被输送出微流道110。

其中，进口通道320和出口通道330的宽度相等且小于主通道310的宽度，一方面便于在主通道310内设置尖角结构120及便于细胞旋转，另一方面利于细胞有序排列以进入和流出主通道310。

进一步地，如图2和图3所示，进口通道320的远离主通道310的一端构造有进管接口321，进管接口321可以构造为直径大于进口通道320的宽度的圆形，出口通道330的远离主通道310的一端构造有出管接口331，出管接口331可以构造为直径大于出口通道330的宽度的圆形，进管接口321连接有进口管400，出管接口331连接有出口管500，进口管400和出口管500可以为橡胶管，由此利于将细胞运送到用于实现旋转的尖角结构120的附近。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图3所示，主通道310具有沿主通道310的宽度方向相对的第一侧壁311和第二侧壁312，第一侧壁311和第二侧壁312彼此平行且沿主通道310的长度方向延伸，尖角结构120为多个且排列成两排。其中，一排尖角结构120沿第一侧壁311的长度方向等间隔布置于第一侧壁311，另一排尖角结构120沿第二侧壁312的长度方向等间隔布置于第二侧壁312。

其中，如图3所示，为了利于细胞旋转，一排尖角结构120和另一排尖角结构120在主通道310的长度方向上错开设置，即两排中的尖角结构120在主通道310的长度方向上错开设置，不同排中相邻尖角结构120的相对面可以彼此平行设置。

可选地，主通道310的宽度为0.5mm-1.5mm，尖角结构120的长度为300μm-500μm，同一排中相邻尖角结构120的间距为0.5mm-1.5mm。优选地，主通道310的宽度为1mm，尖角结构120的长度为400μm，同一排中相邻尖角结构120的间距为1mm。

根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1及其细胞旋转装置20，相较于其它驱动方式，基于声波驱动的细胞旋转不仅操作力矩大，可控性强，且对细胞无损伤，同时结合微流控芯片100，制造简单、成本低廉。相较于相关技术中采用声波驱动的细胞旋转装置，根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1及其细胞旋转装置20，实现了对大细胞(>80μm)的高速旋转，同时实现了对细胞捕捉和旋转的集成，解决了细胞无法运送到用于实现旋转的尖角结构120附近的问题。

根据本实用新型实施例的细胞旋转系统1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“具体实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。