單細(xì)胞分離微流控芯片的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種單細(xì)胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細(xì)胞進(jìn)樣口、單細(xì)胞收集池、以及依次連通于細(xì)胞進(jìn)樣口和單細(xì)胞收集池之間的細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道，所述細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道的接合處形成有液滴發(fā)生包裹單元，該液滴發(fā)生包裹單元與一油相輸送通道連通，所述細(xì)胞分離單元用以將單排排列的細(xì)胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。本發(fā)明采用螺旋盤式微通道對(duì)細(xì)胞溶液進(jìn)行處理，使得細(xì)胞能夠單排排列在管道中，通過液滴包裹單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞進(jìn)行單個(gè)包裹。
【專利說明】
單細(xì)胞分離微流控芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，涉及單細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的實(shí)現(xiàn)液滴包裹單細(xì)胞的微流控芯片體系。
【背景技術(shù)】
[0002]單細(xì)胞的研究在重大疾病早期診斷，治療，藥物篩選和細(xì)胞生理、病理過程的研究方面具有重要意義。隨著干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞的研究的進(jìn)展，基于單細(xì)胞水平的研究越來(lái)越受到重視并成為一種研究趨勢(shì)。單細(xì)胞分離技術(shù)是進(jìn)行單細(xì)胞水平研究的基礎(chǔ)。如何得到足夠數(shù)量的單細(xì)胞是研究的關(guān)鍵。
[0003]目前能夠?qū)崿F(xiàn)單細(xì)胞分選的方法主要是流式細(xì)胞儀，可以實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞的多通道分選，為單細(xì)胞研究奠定了基礎(chǔ)。但是流式細(xì)胞儀價(jià)格昂貴，體積龐大，需要專人操作，不能實(shí)現(xiàn)大面積普及。除此之外，獲得單細(xì)胞的方法還有細(xì)胞電泳和有限稀釋法，細(xì)胞電泳是根據(jù)各種細(xì)胞或處于不同生理狀態(tài)的同種細(xì)胞荷電量有所不同，故在一定的電場(chǎng)中的泳動(dòng)速度不同原理實(shí)現(xiàn)分選，不適合相同生理狀態(tài)同種細(xì)胞的分選;有限稀釋法操作雖簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際操作中，效率不高，一般僅在20%，需要實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行觀察排除，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0004]微流控芯片技術(shù)是一種在微尺度空間中對(duì)流體進(jìn)行操控的科學(xué)技術(shù)。該技術(shù)分離單細(xì)胞方法簡(jiǎn)單，操作直觀可靠，分離成功率高，易于推廣普及。在一定程度上克服了上述這些局限性，并實(shí)現(xiàn)了類似儀器的小型化，集成化，自動(dòng)化，便攜化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、簡(jiǎn)單實(shí)用的單細(xì)胞分離微流控芯片，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]本申請(qǐng)實(shí)施例公開一種單細(xì)胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細(xì)胞進(jìn)樣口、單細(xì)胞收集池、以及依次連通于細(xì)胞進(jìn)樣口和單細(xì)胞收集池之間的細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道，所述細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道的接合處形成有液滴發(fā)生包裹單元，該液滴發(fā)生包裹單元與一油相輸送通道連通，所述細(xì)胞分離單元用以將單排排列的細(xì)胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。
[0008]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述細(xì)胞分離單元為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細(xì)胞進(jìn)樣口向外螺旋。
[0009]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述螺旋式微通道寬度50?ΙΟΟμπι，深度30?60μηι，相鄰兩通道間距100?150微米。
[0010]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述螺旋式微通道的截面呈矩形。
[0011]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述細(xì)胞分離單元輸出的單排排列的細(xì)胞具有相同間距。
[0012]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述液滴輸出通道自液滴發(fā)生包裹單元向單細(xì)胞收集池方向的寬度漸性增加。
[0013]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述油相輸送通道與液滴輸出通道在液滴發(fā)生包裹單元位置呈T形或十字形交叉。
[0014]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，來(lái)自油相輸送通道的油相溶液對(duì)細(xì)胞溶液形成剪切并實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞包裹。
[0015]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述基體材質(zhì)為PDMS。
[0016]優(yōu)選的，在上述的單細(xì)胞分離微流控芯片中，所述基體包括上下疊加的上芯片層和下芯片層，所述微通道凹設(shè)于所述上芯片層和下芯片層之間。
[0017]本發(fā)明采用螺旋盤式微通道對(duì)細(xì)胞溶液進(jìn)行處理，使得細(xì)胞能夠單排排列在管道中，通過液滴包裹單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞進(jìn)行單個(gè)包裹。本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018](1)、微型化。整個(gè)芯片面積僅為幾平方厘米，反應(yīng)通道寬50?ΙΟΟμπι，深30?60μπι，相鄰兩通道之間相距100?150微米，初始半徑為2000μηι，總長(zhǎng)度為7?10cm。油相通入通道尺寸為80?200μπι，寬50?ΙΟΟμπι深，所需試劑體積僅為微升級(jí)別。
[0019](2)、提高了包裹效率。應(yīng)用上述微流控芯片使得細(xì)胞單排均勻分布在微通道中，提高了液滴包裹單個(gè)細(xì)胞的效率。
[0020](3)、在線觀測(cè)。該微流控芯片可以直接在CCD倒置顯微鏡下進(jìn)行觀察，用高速攝像機(jī)進(jìn)行圖像記錄，操作方便。
[0021](4)、價(jià)格低廉。芯片材質(zhì)采用PDMS。試劑用量少，明顯地降低了試劑成本。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中細(xì)胞分離單元的原理示意圖；
[0025]圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中液滴輸送通道在顯微鏡下的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]結(jié)合圖1所示，單細(xì)胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細(xì)胞進(jìn)樣口 1、單細(xì)胞收集池6、以及依次連通于細(xì)胞進(jìn)樣口 I和單細(xì)胞收集池6之間的細(xì)胞分離單元3和液滴輸出通道5，細(xì)胞分離單元3和液滴輸出通道5的接合處形成有液滴發(fā)生包裹單元4，該液滴發(fā)生包裹單元4與一油相輸送通道7連通，細(xì)胞分離單元3用以將單排排列的細(xì)胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元4。
[0028]該技術(shù)方案中，微流控芯片進(jìn)樣需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)用于將細(xì)胞溶液和油相分別從細(xì)胞進(jìn)樣口 I和油相進(jìn)樣口 2連續(xù)注入到芯片中，細(xì)胞進(jìn)樣口 I和油相進(jìn)樣口 2的直徑優(yōu)選為1mm。
[0029]細(xì)胞分離單元3為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細(xì)胞進(jìn)樣口I向外螺旋。
[0030]結(jié)合圖2所示，應(yīng)用該螺旋盤式實(shí)現(xiàn)細(xì)胞單排排列的原理為:在連續(xù)彎曲的矩形微通道中，細(xì)胞主要受升力Fl和漩渦力Fd兩種力，在彎曲微通道的不同位置細(xì)胞受到兩種力的方向發(fā)生不斷的變化，凡和Fd之間的平衡決定了細(xì)胞在彎曲幾何形狀的微通道的優(yōu)選位置。當(dāng)Fl>Fd時(shí)，細(xì)胞聚焦在一起，當(dāng)Fl<Fd時(shí)，細(xì)胞相互混合;細(xì)胞在彎曲通道中進(jìn)行多次循環(huán)流動(dòng)，直到Fd和Fl平衡，細(xì)胞最終在微通道中成單排排列。
[0031 ]在優(yōu)選的實(shí)施例中，螺旋式微通道寬度根據(jù)細(xì)胞的體積大小大約為50_100μπι，深度為30-60μηι，相鄰兩通道之間相距100-15(^111，初始半徑為200(^111，總長(zhǎng)度為7-100]1。
[0032]優(yōu)選的，螺旋式微通道的截面呈矩形。
[0033]細(xì)胞分離單元3輸出的單排排列的細(xì)胞具有相同間距。這是用于控制單個(gè)細(xì)胞裝載到液滴的關(guān)鍵。
[0034]液滴輸出通道5自液滴發(fā)生包裹單元4向單細(xì)胞收集池6方向的寬度漸性增加。
[0035]該技術(shù)方案中，采用喇叭式液滴生成輸送通道能夠明顯提高單個(gè)細(xì)胞裝載到液滴中的成功率。
[0036]結(jié)合圖3所示，油相輸送通道7與液滴輸出通道5在液滴發(fā)生包裹單元4位置呈T形或十字形交叉。
[0037]該技術(shù)方案中，液滴發(fā)生包裹單元可以采用“Τ”型結(jié)構(gòu)，也可以采用“十”字型結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例優(yōu)選采用“十”字型結(jié)構(gòu)，其由4個(gè)微通道交叉形成，其中一個(gè)是細(xì)胞進(jìn)入通道，兩個(gè)是油相通入通道，通道尺寸為80?200μηι，寬50?10ym深，另外一個(gè)是成喇叭狀的液滴輸出通道，從縱切面圖看，液滴輸出通道的前端與彎曲螺旋通道等深，隨著通道的不斷延展，其寬度向上下擴(kuò)展?？梢酝ㄟ^改變液滴輸出通道的尺寸和溶液的流速對(duì)液滴的體積大小進(jìn)行調(diào)整。
[0038]檢測(cè)時(shí)，采用CCD倒置顯微鏡進(jìn)行觀察，用高速攝像機(jī)進(jìn)行視頻記錄。
[0039]應(yīng)用該“十”字形通道實(shí)現(xiàn)液滴發(fā)生包裹的原理為:細(xì)胞溶液和石蠟油互不相溶，細(xì)胞溶液作為分散相，石蠟油作為連續(xù)相;細(xì)胞溶液和石蠟油分別從水平和垂直通道中流出，在“十”字形結(jié)構(gòu)處形成油/水界面。細(xì)胞溶液在外力的推動(dòng)以及石蠟油剪切力的作用下與石蠟油同步向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)油/水界面處的界面張力不足以維持石蠟油施加給細(xì)胞溶液的剪切力時(shí)，細(xì)胞溶液斷裂生成獨(dú)立的被石蠟油包裹的微小體積;細(xì)胞單排均勻分布在水溶液中，隨著水溶液進(jìn)入液滴中，實(shí)現(xiàn)液滴的單細(xì)胞包裹。
[0040]基體包括上下疊加的上芯片層和下芯片層，微通道凹設(shè)于上芯片層和下芯片層之間。
[0041]在優(yōu)選的實(shí)施例中，上芯片層和下芯片層材質(zhì)均為PDMS，兩層TOMS板采用等離子鍵合的方式結(jié)合在一起，在其他實(shí)施例中，也可以考慮采用玻璃、PMMA等材質(zhì)。
[0042]微流控芯片工作流程包括:
[0043](1)、準(zhǔn)備好兩臺(tái)注射栗，將注射器分別抽取PC3細(xì)胞和石蠟油，放在注射栗上通過特氟龍管與芯片連接好。
[0044](2)、將芯片放在CCD倒置顯微鏡下合適位置，調(diào)節(jié)焦距，進(jìn)行清晰觀察。
[0045](3)、打開注射栗，調(diào)節(jié)流速，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞包裹；同時(shí)打開高速攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞包裹情況。
[0046]需要說明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
[0047]以上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細(xì)胞進(jìn)樣口、單細(xì)胞收集池、以及依次連通于細(xì)胞進(jìn)樣口和單細(xì)胞收集池之間的細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道，所述細(xì)胞分離單元和液滴輸出通道的接合處形成有液滴發(fā)生包裹單元，該液滴發(fā)生包裹單元與一油相輸送通道連通，所述細(xì)胞分離單元用以將單排排列的細(xì)胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述細(xì)胞分離單元為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細(xì)胞進(jìn)樣口向外螺旋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述螺旋式微通道寬度50?ΙΟΟμπι，深度30?60μπι，相鄰兩通道間距100?150微米。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述螺旋式微通道的截面呈矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述細(xì)胞分離單元輸出的單排排列的細(xì)胞具有相同間距。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述液滴輸出通道自液滴發(fā)生包裹單元向單細(xì)胞收集池方向的寬度漸性增加。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述油相輸送通道與液滴輸出通道在液滴發(fā)生包裹單元位置呈T形或十字形交叉。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:來(lái)自油相輸送通道的油相溶液對(duì)細(xì)胞溶液形成剪切并實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞包裹。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述基體材質(zhì)為PDMS。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞分離微流控芯片，其特征在于:所述基體包括上下疊加的上芯片層和下芯片層，所述微通道凹設(shè)于所述上芯片層和下芯片層之間。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK105944775SQ201610454360
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】亓琳琳, 顧志鵬, 聶富強(qiáng)
【申請(qǐng)人】蘇州汶顥芯片科技有限公司