[發明專利]一種基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置及方法

在審

• 申請號: 202011338337.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112342137A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李保慶;王一鳴;禇家如
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/34;C12M1/00;B01L3/00;C12N5/09;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/62;G06T7/64;G06T5/00;G06T5/50;G06T7/136
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，包括微流控芯片、圖像采集裝置、圖像處理與控制單元、位移致動器、液體容器和位移臺，其特征在于：

微流控芯片，包含有細胞的液體在外部壓力的作用下在微流控芯片的微管道中流動；

圖像采集裝置，用于拍攝微流控芯片的噴嘴及其附近微管道內液體的圖像，并把圖像實時傳輸給圖像處理與控制單元；

圖像處理與控制單元，圖像處理單元對采集的圖像數據進行分析，從中獲取與細胞相關的信息，并基于所述細胞相關的信息與設定條件進行比較，如果檢測到目標細胞，控制單元發送觸發信號給位移致動器和位移臺。

位移致動器，在觸發信號的作用下，敲擊所述微流控芯片的打印腔，使微管道中包含有單個細胞的液體從微流控芯片的噴嘴中噴出，形成包含單細胞的液滴；

液體容器，用于接收打印產生的液滴；

位移臺，用于液體容器的移動，使打印產生的液滴滴落在容器不同位置。

2.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述微流控芯片包括入口，出口、微管道、噴嘴和打印腔，噴嘴寬度尺寸范圍20微米至200微米。

3.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述微流控芯片分為彈性層，微管道層，基底層，所述彈性層、管道層與基底層為高分子材料或玻璃，所述高分子材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，微管道層的厚度范圍20微米至200微米。

4.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述圖像采集裝置采集幀率大于1000FPS。

5.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述細胞相關的信息包括細胞在微管道中的位置、細胞尺寸、細胞形態、細胞數量。

6.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述位移致動器的前端固結有一個微針，微針與微流控芯片的打印腔對準，在控制單元作用下，位移致動器帶動微針垂直敲擊在微流控芯片上表面，每一次敲擊產生一個液滴；所述位移致動器是壓電致動器、電磁致動器或氣動致動器。

7.根據權利要求1所述的基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，其特征在于：所述液滴大小與位移致動器的驅動電壓成正相關。

8.一種基于權利要求1-7任意之一所述的圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置的實現方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)包含細胞的液體在外部壓力的作用下在微流控芯片中流動；

(2)圖像采集裝置采集噴嘴及其附近微管道內液體的圖像，并把圖像實時傳輸給圖像處理與控制單元；

(3)圖像處理與控制單元處理采集到的圖像，從中獲取與細胞相關的信息，并基于細胞相關的信息與設定條件進行比較，如果檢測到目標細胞，控制單元發送觸發信號給位移致動器和位移臺；

(4)位移致動器在觸發信號的作用下，敲擊所述微流控芯片的打印腔，使微管道中包含有單個細胞的液體從微流控芯片的噴嘴中噴出，形成包含單細胞的液滴，實現對單個細胞的隔離；

(5)位移臺帶動液體容器的移動，使打印產生的液滴滴落在容器不同位置。