[發(fā)明專利]活體單細胞分選電子控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210567603.0
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103897985A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任立輝;寧康;馬波;徐健;黃巍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種可多通道同時對活體單細胞進行分選的軟硬件結(jié)合的電子控制系統(tǒng)，尤其適合應(yīng)用于微流控芯片中進行活體單細胞細胞分選。

背景技術(shù)

單細胞分析對重大疾病早期診斷、治療、藥物篩選和細胞生理、病理過程的研究有重要意義，目前已成為研究的熱點之一。由于細胞極小，直徑一般為5-500μm，體積在fL-nL，組分含量少(fmol-zmol)、種類繁多，使得操縱和分析難度很大。因此，要開展單細胞水平的研究，細胞分選成為必要的前提條件。

細胞分選是從復雜環(huán)境中獲取性質(zhì)均一的目標細胞的必要手段，微流控芯片系統(tǒng)在單細胞分選方面具有以下幾個獨特的優(yōu)勢：

(1)微流控芯片微米尺寸的通道與典型單個生物細胞尺寸相匹配，適于單細胞的引入和操縱；

(2)微制造技術(shù)的發(fā)展，使微流控芯片將通道與微泵、微閥、微電極等多種操縱、檢測器集成化；

(3)微流控芯片分析速度快、分離效率高、樣品和試劑的消耗量少，可實現(xiàn)細胞的高通量分析。

因此，在微流控芯片上進行細胞分選越來越受到人們的重視。其中，為對芯片上的液體流動進行自動化控制，基于光刻技術(shù)的微加工技術(shù)將宏觀體系中的泵、閥等元件引入微芯片系統(tǒng)，即微泵微閥。它們是樣本驅(qū)動控制單元的核心部件，微泵通常用來驅(qū)動流體，微閥通常用來控制流體流動的方向。因此采用微泵微閥進行細胞分選和單細胞組分分析可以實現(xiàn)很高程度的自動化和集成化。

然而，在一方面，隨著微流控芯片復雜度的提高，典型專利有US2007/0071638，US7718127，EP2191895等，導致微泵微閥數(shù)量也隨之增多，由于多組微泵微閥控制比較繁瑣，操作也相對復雜，在進行細胞分選過程中很容易產(chǎn)生偏差，從而在實際應(yīng)用中有所不便。目前國內(nèi)還沒有專門服務(wù)于多組微泵微閥的控制儀器。在另外一方面，現(xiàn)階段商品化的細胞分選儀器是流式細胞儀(US8290625)，已經(jīng)在醫(yī)院、科研院所得到應(yīng)用，但該設(shè)備明顯缺點是價格昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，不易普及。

因此，目前已有的細胞分選系統(tǒng)，都無法實現(xiàn)模塊化、小型化、智能化、多通道同時分選的目的。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)多通道、高效率的分選細胞及簡化微泵微閥控制系統(tǒng)，同時解決現(xiàn)有的流式細胞儀價格昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，不易普及的問題，本發(fā)明根據(jù)微流控芯片及微泵微閥工作原理和實際要求的特點，研發(fā)出了一款活體單細胞分選電子控制系統(tǒng)儀器，該儀器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用集成度高的器件，同時開發(fā)了智能化的軟件系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動實時活體單細胞分選。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用可插拔模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計以及構(gòu)筑于其上的高效、統(tǒng)一的軟件平臺(圖1)。其特點是(1)多通道可插拔分選控制模塊，電壓可調(diào)。(2)實時活體細胞分選功能(3)智能化軟件系統(tǒng)。

(1)多通道可插拔分選控制模塊

該硬件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，共設(shè)計有9個分選控制模塊，結(jié)合分選模塊，最多可同時進行144通道細胞分選。其中每個通道都可以實現(xiàn)開關(guān)、延時等基本分選控制操作。9個分選控制模塊可以插拔，可根據(jù)需要來增加或拔除分選控制模塊。

同時，本系統(tǒng)設(shè)計了電壓調(diào)節(jié)模塊，可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)電壓大小，電壓可調(diào)范圍是0-24V。同時可以實現(xiàn)不同模塊供電電壓不同的效果。

(2)實時活體單細胞分選功能

細胞分選功能是由分選控制模塊、分選模塊、微流控芯片來實現(xiàn)的。根據(jù)分選模塊提供的聲光電等信號，通過相應(yīng)邏輯判斷實時與分選控制模塊進行通信，從而控制細胞流動的通道，達到對流過微流控芯片中單細胞進行分選的目的。

(3)智能化軟件系統(tǒng)

該軟件系統(tǒng)采用人性化的界面設(shè)計和良好的程序框架構(gòu)建，使用戶比較方便的控制儀器(圖2)。儀器啟動后軟件系統(tǒng)會自動判斷插入分選控制模塊數(shù)量，根據(jù)模塊數(shù)量調(diào)整界面及相關(guān)設(shè)置參數(shù)。然后根據(jù)需要設(shè)置分選控制模塊開關(guān)、延時和電壓大小，并實時與分選模塊通信，獲取分選模塊提供的分選信號，根據(jù)信號來對控制相應(yīng)通道的細胞流向。

因此本軟件平臺依賴于活體單細胞分選電子控制系統(tǒng)硬件平臺，只有相互配合才能夠發(fā)揮高性能單細胞分選的功能。

本發(fā)明的有益效果是，活體單細胞分選電子控制軟件系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)硬件平臺相配合，克服了分選單細胞出現(xiàn)的時間和精度上偏差及效率低下的瓶頸，而且有效的實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集成化和小型化，易于普及市場。本發(fā)明的應(yīng)用將會加快分選單細胞朝著小型化、集成化、智能化方向發(fā)展，進而提速單細胞分析的研究。

附圖說明