[發明專利]一種基于液滴微流控芯片的高通量自動捕獲單細胞的方法

在審

• 申請號: 201611061683.7
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN108117968A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 秦建華;張曉慶;姜雷;蘇文濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12N5/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明提供了一種基于液滴微流控芯片的高通量自動捕獲單細胞的方法。該微流控芯片所述芯片由兩層組成，上層為流路出入口層；下層為流路控制層；所述流路出入口層有液體流路通道入口和液體流路通道出口；所述流路控制層由單細胞捕獲流路通道、氣路通道、液滴生成單元組成。該方法引入了氣壓可控的氣體流路通道，可形成負壓流路通道并自動將單細胞懸液吸入捕獲阱，便于觀察、檢測單細胞的增殖、分化以及藥物反應等行為。本發明利用液滴微流控技術和流體力學原理實現單細胞的高通量自動捕獲，相比于傳統的單細胞捕獲方法，具有操作簡便、靈活、高通量、無污染、適用范圍廣以及可擴展性強等優點。

技術領域

本發明屬于微流控技術與細胞生物學的交叉領域，具體涉及一種基于液滴微流控芯片的高通量自動捕獲單細胞的方法。

背景技術

微流控芯片實驗室早期致力于芯片電泳的研究，并提出了微全分析系統(μ-TAS)的概念，研究工作主要集中在連續流微流控系統。近年來，微流控芯片領域出現了一個新的分支-非連續流微流控系統，即液滴微流控系統。液滴微流控系統使用不相溶的兩相流體在微孔道界面處形成液滴，這類液滴的體積通常在納升至皮升(10^-9～10^-12L)范圍。相對于連續流系統，液滴具有體積小、低擴散、無交叉污染、快速的反應動力學等特點，并且具有高通量分析的潛力。經過幾年的發展，液滴的制備技術已日趨成熟；同時，液滴的分裂、融合、混合、分選、存儲和編碼等豐富多樣的操控技術也都有廣泛的報道。

單細胞水平的生物物理特性表征，可有效闡明細胞的功能和狀態，揭示細胞的單體差異性，對于細胞的分化和病理研究，以及疾病的早期臨床診斷和治療具有非常重要的意義，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，組分含量少，種類繁多，使得操縱和分析難度很大。早期的單細胞研究，主要采用膜片鉗、細胞穿刺等技術，同時借助顯微鏡三維微操作器進行操作。毛細管電泳分離方法具有進樣體積小、分離效率高、分離速度快等優點，已用于單細胞多組分的檢測，取得了一些成果。但毛細管屬一維結構，進樣和溶膜操作復雜。傳統的流式細胞儀雖已實現集成化和自動化，但同樣具有儀器體積大、內部結構復雜、易損壞等缺點。

近年來，隨著液滴微流控技術的迅速發展，其在單細胞分析中的應用引起了越來越多的關注。液滴作為單細胞微反應器，能夠有效控制擴散，提高檢測靈敏度，已被成功應用于多種單細胞分析中。然而，在微流控系統內研究單細胞，首要解決的問題就是如何對單細胞進行捕獲，以實現單細胞的移動、固定等，然后才能對其進行分析和檢測。目前，已發展出多種單細胞捕獲技術，其驅動力主要包括流體壓力、電動力、磁力、光學陷阱以及機械力等。其中，由于外部電學原件、磁力控制部件、光學傳感器和機械控制器結構復雜，成本偏高，不便廣泛應用。利用物理屏障捕獲單細胞簡單且成本低廉，但容易造成細胞損傷且不便于加載動態生化信號刺激。因此迫切需要一種能夠長期捕獲懸浮培養單細胞、減少細胞損傷且便于加入藥物刺激的單細胞捕獲微流控芯片。

本發明利用液滴微流控技術和流體力學實現單細胞的高通量自動捕獲，通過在芯片通道內部形成負壓，將單細胞懸液自動吸入單細胞捕獲流路通道，通過單細胞捕獲阱后，單細胞截留于生成的液滴中，實現單細胞自動捕獲；通過調節單細胞懸液流速和單細胞懸液密度控制單細胞捕獲率。整個裝置結構簡單，無需任何復雜和昂貴的設備，可實現高通量，操作方便自動化。因此，本發明提供了一種靈活可控的高通量自動捕獲單細胞的方法，并期望在細胞學、藥物毒理學研究等領域得到應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于液滴微流控芯片的高通量自動捕獲單細胞的方法，本發明制備過程穩定，操作簡單，可實現快速、高效、高通量、自動捕獲單細胞。

一種液滴微流控芯片，所述芯片由兩層組成，上層為流路出入口層；下層為流路控制層；

所述流路出入口層有液體流路通道入口和液體流路通道出口；

所述流路控制層由單細胞捕獲流路通道、氣路通道、液滴生成單元(單細胞捕獲阱)組成；