[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

本發明公開了一種基于圖像處理和噴墨打印的單細胞分選裝置及方法，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；包含有細胞的液體在壓力驅動下在微流控芯片中的管道中流動，當圖像采集裝置拍攝、識別到所需篩選的目標對象時，控制單元驅動位移致動器產生敲擊芯片的動作，從微流控芯片的噴口打印出包含單個細胞的微液滴，結合位移臺，將不同目標細胞分割在不同液滴中。本發明提供的微流控細胞打印技術，結合原位圖像檢測技術，能夠實現高精度細胞分選。

技術領域

本發明屬于生物醫療儀器技術領域，具體涉及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。

背景技術

在癌細胞篩查、單細胞克隆、細胞分化機理研究、藥物開發、單細胞測序等生物醫療領域中，經常需要利用細胞分選裝置從一種或多種細胞溶液中分離出單個的目標細胞。目前，流式細胞儀是最常用的單細胞分選裝置，其利用激光器激發檢測被染色細胞內部的熒光信號，從而識別細胞種類，并通過擠壓產生帶電荷液滴分選細胞。但利用熒光信號對細胞進行分類，能反映的細胞信息有限，而且熒光染色會對細胞造成損傷。因此，近年來基于圖像處理的細胞分選方法通過非熒光標記的方法被用于檢測細胞種類：如2018年《cell》(10卷，1016)報道了采用圖像處理分選海藻細胞和血小板，2019年《nature methods》(10卷，1038)把這種方法用于分選血細胞，中國專利CN 201780046504.9《基于圖像的細胞分選系統和方法》也提出了一種基于圖像的細胞分選方法，但是他們都不能進行單個細胞的分選。這是因為細胞只能在致動器的作用下輕微偏移，進入指定管道，導致只能把細胞進行分類，而不能進行單細胞分離。采用打印的方法可以生產包含單個細胞的液滴，如中國專利CN201811382635.7《一種使用單細胞打印機進行單細胞分選的方法》，但是現有方案都是基于傳統噴墨打印機來產生細胞液滴，這種毛細力進液的方式導致細胞在噴嘴是不可控的，分配效率不高，且沒有辦法對多種細胞分選，為此我們提出一種基于圖像處理和微流控打印的單細胞分選裝置，該裝置采用微流控打印技術，可以在流動環境下直接從多種細胞中分選出單個目標細胞，采用微流控芯片結合噴墨打印的方案，其精度高，成本低，具有巨大應用前景。圖像處理方法不需要熒光標記，而且可以獲取更多細胞信息。采用圖像檢測，可以非常準確獲取細胞在噴口處的位置，使分選更加精確。采用高分子材料制作微流控芯片，芯片與位移致動器分離，成本低，無污染。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種無需熒光標記，高效率單細胞分選裝置及方法，不需要熒光標記，對細胞的損傷小，還可提供更多關于細胞形態信息，有助于實現對細胞更精細的分選；微流控打印不僅可以實現細胞的種群分類，還能實現單個細胞的隔離，為單細胞的分析提供更便捷的手段。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案，通過結合圖像檢測技術和微流控打印技術，實現單細胞的隔離與分選。

本發明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；其中：

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。