一种可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片

本技术属于生物样品微流控细胞玻璃化冷冻操作，具体涉及一种可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片。

背景技术：

1、低温冷冻保存生物样品通常是指在超低温(零下196摄氏度)的液氮中保存活体，以维持其融化复原后的活性。低温保存技术当前被广泛应用于细胞、组织和器官的长期储存并且已经在诸多领域获得突破性的进展，例如在辅助生殖领域(卵子、精子、胚胎的冷冻等)以及干细胞冷冻领域等。玻璃化冷冻法是通过添加高浓度的冷冻液使得细胞在超低温环境下快速冷冻(冷却速度约10000摄氏度每分钟)，形成不规则的玻璃化样固体，避免了冷冻的过程中生成冰晶。由于其冷冻速度快以及对细胞的损失小(没有产生冰晶)，玻璃化快速冷冻技术是现在最常用的低温冷冻保存技术。然而，玻璃化冷冻技术的一大难点是细胞会被暴露在高浓度的冷冻液中，而高浓度冷冻液是对细胞有化学毒性。为了解决这一问题，常见的解决方案是对细胞逐步换带浓度梯度的缓冲液以及冷冻液，让细胞逐步接触和适应浓度从低到高的冷冻液以缓慢达到内外渗透压的平衡，减小化学毒性。

2、当前细胞换液的方式有两大类，一是手动换液，二是自动化换液。然而，这两种换液方式都是用传统的类似移液枪稀释的方式，通常只能产生特定浓度梯度的平衡液和冷冻液，难以产生大范围的跨多个浓度的梯度，有进一步的改进空间。为了使得换液过程对细胞的活性的影响降到最小，理想的换液方式是产生从低到高连续的多个精确可控的浓度梯度。专利cn112430531a针对生物样品微流控细胞玻璃化冷冻操作提出了一种可数字化操作的装置，通过在微流控芯片内集成的数字液滴流量计实现了液体吸入移除的精确定量，可用数字式液滴生成的方式使生物样品周围的液体浓度梯度连续可调。该方案中冷冻过程通过需要加载负压，将液氮吸入芯片管道中使生物样品接触液氮，然而由于生物样品距管道入口有一定距离以及液氮本身物理性质，该吸取液氮的过程耗时长，降温速度慢可能引起生物样品活性降低。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型针对生物样品微流控细胞玻璃化冷冻操作提出一种全新的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，通过在微流控芯片上设置与密封贴配合使用的冻融孔，使得冷冻过程中生物样品可最快速度接触液氮，减小冷冻过程因降温速度太慢引起的生物样品活性降低的风险。

2、本实用新型的技术方案如下：

3、一种可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，主要包括芯片本体和密封贴；所述芯片本体上集成有微流换液管、细胞筛和数字液滴流量计，所述微流换液管和数字液滴流量计相连，所述细胞筛布置在微流换液管内；所述芯片本体还设有将微流换液管与外部连通的冻融孔；所述密封贴与冻融孔配合使用，用于在微流控细胞玻璃化冷冻操作过程的预设步骤中封闭冻融孔。

4、作为一种可选方案，所述冻融孔与细胞筛正对应设置，其中心点与细胞筛的中心点重合。

5、作为一种可选方案，所述冻融孔的尺寸大于或等于细胞筛内捕获的细胞的尺寸。

6、作为一种可选方案，所述冻融孔的形状为圆形、椭圆形、矩形、正多边形。

7、作为一种可选方案，所述密封贴包括相互连接的基底层和胶黏剂层，所述基底层选用具防水性能的灭菌生物惰性材料，所述胶黏剂层选用兼具黏性和防水性能的灭菌生物惰性材料。

8、作为一种可选方案，所述基底层的材料为pe、pet、pu、pvc中的任意一种；所述胶黏剂层的材料为ca、pu、硅树脂中的任意一种。

9、作为一种可选方案，所述密封贴中，基底层的厚度为0.03～0.2mm，胶黏剂层的厚度为0.02～0.05mm。

10、作为一种可选方案，所述密封贴为医用防水胶带。

11、作为一种可选方案，所述芯片本体为pp、ps、pmma、coc、cop材料。

12、作为一种可选方案，所述芯片本体包括配合使用的主板和盖板；所述微流换液管、细胞筛和数字液滴流量计设置在主板上，所述冻融孔设置在盖板上。

13、与现有技术相比，本实用新型所提供的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，不仅能实现数字式浓度梯度连续精确可调，实现连续的数字式液体稀释，大大提高换液过程中细胞的活性；通过冻融孔和密封贴的配合使用，在生物样品冷冻前可将冻融孔打开，使得冷冻时生物样品和液氮可以最快速度接触，减小冷冻过程因降温速度太慢引起的生物样品活性降低的风险，提高生物样品玻璃化冷冻的成功率。

技术特征：

1.一种可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，包括芯片本体和密封贴；所述芯片本体上集成有微流换液管、细胞筛和数字液滴流量计，所述微流换液管和数字液滴流量计相连，所述细胞筛布置在微流换液管内；所述芯片本体还设有将微流换液管与外部连通的冻融孔；所述密封贴与冻融孔配合使用，用于在微流控细胞玻璃化冷冻操作过程的预设步骤中封闭冻融孔。

2.如权利要求1所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述冻融孔与细胞筛正对应设置，其中心点与细胞筛的中心点重合。

3.如权利要求1所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述冻融孔的尺寸大于或等于细胞筛内捕获的细胞的尺寸。

4.如权利要求1所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述冻融孔的形状为圆形、椭圆形、矩形、正多边形。

5.如权利要求1所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述密封贴包括相互连接的基底层和胶黏剂层，所述基底层选用具防水性能的灭菌生物惰性材料，所述胶黏剂层选用兼具黏性和防水性能的灭菌生物惰性材料。

6.如权利要求5所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述基底层的材料为pe、pet、pu、pvc中的任意一种；所述胶黏剂层的材料为ca、pu、硅树脂中的任意一种。

7.如权利要求5所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述密封贴中，基底层的厚度为0.03～0.2mm，胶黏剂层的厚度为0.02～0.05mm。

8.如权利要求1所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述密封贴为医用防水胶带。

9.如权利要求1至8任意一项所述的可控开放式的微流控玻璃化冷冻芯片，其特征在于，所述芯片本体包括配合使用的主板和盖板；所述微流换液管、细胞筛和数字液滴流量计设置在主板上，所述冻融孔设置在盖板上。

技术总结
本技术公开一种可控开放式微流控玻璃化冷冻芯片，主要包括芯片本体和密封贴；所述芯片本体上集成有微流换液管、细胞筛和数字液滴流量计，所述微流换液管和数字液滴流量计相连，所述细胞筛布置在微流换液管内；所述芯片本体还设有将微流换液管与外部连通的冻融孔；所述密封贴与冻融孔配合使用，用于在微流控细胞玻璃化冷冻操作过程的预设步骤中封闭冻融孔。本技术通过在微流控芯片上设置与密封贴配合使用的冻融孔，使得冷冻过程中生物样品可最快速度接触液氮，减小冷冻过程因降温速度太慢引起的生物样品活性降低的风险。

技术研发人员：请求不公布姓名,程奕昕,潘挺睿
受保护的技术使用者：中国科学技术大学苏州高等研究院
技术研发日：20230208
技术公布日：2024/1/15