本發(fā)明涉及單細(xì)胞分析設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種細(xì)胞捕獲裝置。

背景技術(shù)：

單細(xì)胞分析方法是一種將單個(gè)細(xì)胞從細(xì)胞群體(如多細(xì)胞組織等)分離并進(jìn)行研究的方法。目前大家熟知的是，在同一細(xì)胞群體中的細(xì)胞個(gè)體間可能有很大的差異。這些差異會(huì)對(duì)整個(gè)細(xì)胞群體的健康和功能產(chǎn)生重大影響，而僅在群體水平進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)表征方法勢(shì)必會(huì)忽略這些關(guān)鍵性的不同。而單細(xì)胞分析方法可以幫助人們理解同一細(xì)胞群體中細(xì)胞個(gè)體間的異質(zhì)性。

單細(xì)胞分析方法有助于系統(tǒng)性地描繪細(xì)胞狀態(tài)、定義細(xì)胞與細(xì)胞間的正常差異、測(cè)定環(huán)境擾動(dòng)對(duì)細(xì)胞的影響，以及理解細(xì)胞在更大尺度上對(duì)組織和網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)具有不可替代的作用。比如，我們可以研究監(jiān)測(cè)單個(gè)細(xì)胞的遷移和分裂(如在特定細(xì)胞群體里細(xì)胞分裂的頻率)，以此研究癌細(xì)胞相對(duì)正常細(xì)胞而言不可控的增殖。

現(xiàn)存的技術(shù)中，已經(jīng)有數(shù)種可以做到高效、高通量地進(jìn)行單細(xì)胞分析，如(一)流式細(xì)胞儀(cytometry)，(二)基于軟刻蝕技術(shù)的微坑(rettig,jacqueliner.,andalbertfolch."large-scalesingle-celltrappingandimagingusingmicrowellarrays."analyticalchemistry77.17(2005):5628-5634.)或其它微結(jié)構(gòu)細(xì)胞捕獲法，以及(三)與微電極結(jié)合的微結(jié)構(gòu)細(xì)胞捕獲法(kim,soohyeon,andteruofujii."efficientanalysisofasmallnumberofcancercellsatthesingle-celllevelusinganelectroactivedouble-wellarray."labonachip(2016).)。

以上方法雖然實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞的分離與分析，但是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高了分析的成本并限制了對(duì)細(xì)胞圖像信息的獲取(如第一、三種)；或?qū)?xì)胞樣本造成極大的浪費(fèi)(如第一、二種)，這對(duì)于珍貴且稀少的單細(xì)胞樣本(<100個(gè))而言是難以接受的。

因此，目前急需提供一種高效、準(zhǔn)確、廉價(jià)的單細(xì)胞分析方法，以促進(jìn)細(xì)胞生物學(xué)的研究以及細(xì)胞體外模型的構(gòu)建。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種細(xì)胞捕獲裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的單細(xì)胞分析方法存在單細(xì)胞捕獲效率低的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N細(xì)胞捕獲裝置，該細(xì)胞捕獲裝置包括過(guò)濾層，過(guò)濾層包括捕獲通孔，捕獲通孔具有相互連通的進(jìn)口和出口，捕獲通孔的進(jìn)口的橫截面積大于出口的橫截面積，且每個(gè)捕獲通孔內(nèi)只容納一個(gè)細(xì)胞。

進(jìn)一步地，捕獲通孔為多個(gè)，優(yōu)選多個(gè)捕獲通孔陣列設(shè)置；更優(yōu)選相鄰兩個(gè)捕獲通孔之間的間距為25～150μm。

進(jìn)一步地，捕獲通孔具有第一孔段和第二孔段，第一孔段和第二孔段之間具有臺(tái)階面，第一孔段的遠(yuǎn)離第二孔段的一端形成進(jìn)口，第二孔段的遠(yuǎn)離第一孔段的一端形成出口；優(yōu)選地，捕獲通孔的高度為h1，第二孔段的高度為h2，其中，1/15≤h2/h1≤1/2。

進(jìn)一步地，進(jìn)口的形狀為圓形、橢圓形、矩形或菱形。

進(jìn)一步地，進(jìn)口的尺寸為d2，出口的尺寸為d1，其中，10μm≤d2≤30μm，2μm≤d1＜10μm。

進(jìn)一步地，細(xì)胞捕獲裝置還包括導(dǎo)流層，導(dǎo)流層可分離地設(shè)置在過(guò)濾層的下端，導(dǎo)流層具有導(dǎo)流通道，導(dǎo)流通道與過(guò)濾層的出口相連通。

進(jìn)一步地，細(xì)胞捕獲裝置還包括進(jìn)樣層，進(jìn)樣層可分離地設(shè)置在過(guò)濾層的上端，進(jìn)樣層具有進(jìn)樣通道，進(jìn)樣通道與過(guò)濾層的進(jìn)口相連通。

進(jìn)一步地，細(xì)胞捕獲裝置還包括加壓元件，加壓元件用于向捕獲通孔的進(jìn)口一側(cè)施加正向氣壓或液壓。

進(jìn)一步地，細(xì)胞捕獲裝置還包括減壓元件，減壓元件用于向捕獲通孔的出口一側(cè)施加負(fù)向氣壓或液壓。

進(jìn)一步地，過(guò)濾層的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷。

進(jìn)一步地，導(dǎo)流層的材質(zhì)選自無(wú)機(jī)玻璃、硅片、金屬或聚二甲基硅氧烷高分子材料。

進(jìn)一步地，進(jìn)樣層的材質(zhì)選自無(wú)機(jī)玻璃、硅片、金屬或聚二甲基硅氧烷高分子材料。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)將捕獲通孔設(shè)計(jì)為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細(xì)胞的細(xì)胞懸浮液進(jìn)入捕獲通孔后液體部分能夠從出口流出，而將進(jìn)口的橫截面積設(shè)計(jì)為大于出口的橫截面積，使細(xì)胞能夠被截留在捕獲通孔內(nèi)而不隨細(xì)胞懸浮液流出。根據(jù)目標(biāo)細(xì)胞的大小而合理確定捕獲通孔的高度，從而使得每個(gè)捕獲通孔僅能容納一個(gè)細(xì)胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細(xì)胞的捕獲裝置相比，本申請(qǐng)的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，在不借助外力的情況下，自身即可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的捕獲。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例中的細(xì)胞捕獲裝置的主視圖；以及

圖2示出了圖1所示的細(xì)胞捕獲裝置的俯視圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、過(guò)濾層；11、捕獲通孔；111、進(jìn)口；112、出口；

20、導(dǎo)流層；21、導(dǎo)流通道；

30、進(jìn)樣層；31、進(jìn)樣通道。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

如背景技術(shù)所提到的，現(xiàn)有技術(shù)中的單細(xì)胞捕獲方法中，存在捕獲裝置復(fù)雜、捕獲條件苛刻而影響捕獲效率的問(wèn)題。為改善這一現(xiàn)狀，在本申請(qǐng)一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種細(xì)胞捕獲裝置，該細(xì)胞捕獲裝置包括過(guò)濾層10，過(guò)濾層10包括捕獲通孔11，捕獲通孔11的進(jìn)口111的橫截面積大于捕獲通孔11的出口112的橫截面積，且每個(gè)捕獲通孔11只容納一個(gè)細(xì)胞。

本申請(qǐng)的細(xì)胞捕獲裝置，通過(guò)將捕獲通孔11設(shè)計(jì)為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細(xì)胞的細(xì)胞懸浮液進(jìn)入捕獲通孔11后液體部分能夠從出口112流出，而將進(jìn)口111的橫截面積設(shè)計(jì)為大于出口112的橫截面積，使細(xì)胞能夠被截留在捕獲通孔11內(nèi)而不隨細(xì)胞懸浮液流出。根據(jù)目標(biāo)細(xì)胞的大小而合理確定捕獲通孔11的高度(見(jiàn)圖1所示h1)，從而使得每個(gè)捕獲通孔11僅能容納一個(gè)細(xì)胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細(xì)胞的捕獲裝置相比，本申請(qǐng)的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，該細(xì)胞捕獲裝置自身即可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的捕獲，而無(wú)需依靠外力(比如現(xiàn)有技術(shù)中在捕獲通孔11底部設(shè)置電極等)將細(xì)胞吸入微孔中。

上述細(xì)胞捕獲裝置中，對(duì)捕獲通孔11的數(shù)目并無(wú)特殊限定。根據(jù)研究目的的不同，捕獲通孔11的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行合理設(shè)置。優(yōu)選地，通常進(jìn)行大規(guī)模單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)可以制作10,000至1,000,000個(gè)。優(yōu)選捕獲通孔11為多個(gè)，優(yōu)選多個(gè)捕獲通孔11陣列設(shè)置。如圖2所示，相鄰兩個(gè)捕獲通孔11之間的間距d3可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合理控制，本申請(qǐng)中優(yōu)選為25～150μm。將相鄰兩個(gè)捕獲通孔11之間的間距d3控制在該范圍內(nèi)具有捕獲單細(xì)胞效率較高、不易殘留細(xì)胞在芯片管道中的效果。捕獲通孔陣列設(shè)置的規(guī)模和排布方式均不限。比如，可以設(shè)置成96孔板的形式或者6孔板形式，也可以設(shè)置成單個(gè)35mm培養(yǎng)皿或者60mm培養(yǎng)皿。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，捕獲通孔11具有第一孔段和第二孔段，第一孔段和第二孔段之間具有臺(tái)階面，第一孔段的遠(yuǎn)離第二孔段的一端形成進(jìn)口111，第二孔段的遠(yuǎn)離第一孔段的一端形成出口112。對(duì)于第一孔段和第二孔段的高度的控制可以根據(jù)細(xì)胞的厚度以及捕獲吸力的大小進(jìn)行合理設(shè)計(jì)(如圖1所示，整個(gè)捕獲通孔的高度為h1，第二孔段的高度為h2，h2與h1的高度之比可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合理調(diào)整，本申請(qǐng)出于使捕獲通孔對(duì)細(xì)胞的吸力較大考慮，優(yōu)選將h2/h1的比值控制在1/15～1/2范圍內(nèi))，這種結(jié)構(gòu)能夠使細(xì)胞被“吸引”進(jìn)入捕獲結(jié)構(gòu)，從而有效地捕獲單個(gè)細(xì)胞。

另一種實(shí)施例中，捕獲通孔11為錐臺(tái)形，進(jìn)口111的直徑大于出口112的直徑，捕獲通孔11由進(jìn)口111向出口112逐漸縮小地延伸，捕獲通孔11的孔壁與水平面的夾角在80度至85度之間。這種結(jié)構(gòu)的捕獲通孔11能夠有效地將單細(xì)胞捕獲在捕獲單元當(dāng)中，并且由于出口尺寸相對(duì)較大，“吸引”細(xì)胞進(jìn)入的效果會(huì)更加明顯。

上述細(xì)胞捕獲裝置中，捕獲通孔11的結(jié)構(gòu)不限于上述情況，只要能夠捕獲單個(gè)細(xì)胞即可。相應(yīng)地，捕獲通孔11的進(jìn)口111的形狀也無(wú)特別限定，包括但不僅限于圓形、橢圓形、矩形或菱形等規(guī)則的形狀，也可以是不規(guī)則形狀。

從捕獲效率高的角度考慮，進(jìn)口111的尺寸要允許單個(gè)細(xì)胞進(jìn)入，因此其尺寸與單個(gè)細(xì)胞的尺寸相對(duì)應(yīng)。此處“尺寸”的涵義與生物學(xué)領(lǐng)域?qū)?xì)胞大小進(jìn)行限定的涵義相同。比如，當(dāng)細(xì)胞呈圓形時(shí)，尺寸指細(xì)胞的直徑。根據(jù)所欲捕獲的目標(biāo)細(xì)胞的不同，進(jìn)口111和出口112的尺寸也相應(yīng)不同。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，捕獲通孔11的進(jìn)口111的尺寸為d2，出口112的尺寸為d1，其中，10≤d2≤30μm，2μm≤d1＜10μm。進(jìn)口111的尺寸在10～30μm范圍內(nèi)，使不同類型、尺寸大小在該范圍內(nèi)的細(xì)胞都能夠進(jìn)入捕獲通孔11，而將出口112的尺寸控制在2～10μm范圍內(nèi)能阻止尺寸大小在上述范圍的細(xì)胞從出口112流出。而對(duì)于

上述細(xì)胞捕獲裝置，根據(jù)使用場(chǎng)合和目的的不同，可以將細(xì)胞懸浮液流過(guò)上述過(guò)濾層10即可實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮液中細(xì)胞的捕獲。為了方便、靈活地使細(xì)胞懸浮液流過(guò)過(guò)濾層10，在本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施例中，細(xì)胞捕獲裝置還包括進(jìn)樣層30，進(jìn)樣層30可分離地設(shè)置在過(guò)濾層10的上端，進(jìn)樣層30包括進(jìn)樣通道31，進(jìn)樣通道31與過(guò)濾層10的進(jìn)口111相連通。在細(xì)胞被捕獲之后，可以通過(guò)有效的輕柔沖洗從而去除多余的可能層疊在過(guò)濾層10上的其他冗余細(xì)胞。

將進(jìn)樣層30與過(guò)濾層10可分離地設(shè)置，便于捕獲操作完成后，直接利用過(guò)濾層10對(duì)細(xì)胞進(jìn)行各種操作和觀察，比如染色和顯微觀察。

在上述裝置的基礎(chǔ)上，為了使細(xì)胞懸浮液在流過(guò)所述過(guò)濾層10時(shí)更容易地流出其中的液體，在本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施例中，細(xì)胞捕獲裝置還包括導(dǎo)流層20，導(dǎo)流層20可分離地設(shè)置在過(guò)濾層10的下端，導(dǎo)流層20包括導(dǎo)流通道21，導(dǎo)流通道21與過(guò)濾層10的出口112相連通。導(dǎo)流層20的設(shè)置能夠及時(shí)將從捕獲通孔11的出口112流出的液體排走，從而保持從進(jìn)口111至出口112方向上的正向壓力，進(jìn)而提高細(xì)胞捕獲速度。

將導(dǎo)流層20與過(guò)濾層10可分離地設(shè)置，便于捕獲操作完成后，直接利用過(guò)濾層10對(duì)細(xì)胞進(jìn)行各種操作和觀察，比如染色和顯微觀察。

上述優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)樣層30和導(dǎo)流層20的具體結(jié)構(gòu)可以是管道或者圍堰等，管道或圍堰上可以根據(jù)需要設(shè)置控制細(xì)胞懸浮液流動(dòng)速度和流量的元件。如能夠精確控制流速的注射泵，蠕動(dòng)泵，精確定量的滴加裝置等。

為了更高效、快速地進(jìn)行細(xì)胞捕獲，上述裝置中還可以包括控制流入過(guò)濾層10的細(xì)胞懸浮液的流量和速度的元件。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述細(xì)胞捕獲裝置還包括加壓元件，用于對(duì)捕獲通孔11的開(kāi)口施加正向壓力，該正向壓力為氣壓或液壓。對(duì)進(jìn)口111施加正向壓力有助于促進(jìn)細(xì)胞流入捕獲通孔11以及加快細(xì)胞懸浮液流出，進(jìn)而提高細(xì)胞捕獲速度和效率。

在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述細(xì)胞捕獲裝置還包括減壓元件，用于對(duì)捕獲通孔11的出口112施加負(fù)向壓力，該負(fù)向壓力為氣壓或液壓。對(duì)出口112施加負(fù)向壓力有助于加快懸浮液流出，實(shí)現(xiàn)快速捕獲細(xì)胞。

本申請(qǐng)的上述細(xì)胞捕獲裝置中過(guò)濾層10的具體材質(zhì)并無(wú)特殊限定，只要對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害作用即可。從便于制作和觀察的角度，優(yōu)選過(guò)濾層10的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷，不僅容易利用軟刻蝕方法制備捕獲通孔11，而且透明度高，便于操作者實(shí)時(shí)觀察或在顯微鏡下直接進(jìn)行拍攝成像。

對(duì)上述進(jìn)樣層30和/或?qū)Я鲗?0的材質(zhì)也無(wú)特殊限定，包括但不僅限于無(wú)機(jī)玻璃、硅片、金屬或高分子材料，只要能夠起到輸送或?qū)ё呒?xì)胞懸浮液的作用即可。優(yōu)選，進(jìn)樣層30和/或?qū)Я鲗?0的材質(zhì)為高分子材料中的聚二甲基硅氧烷，一方面透明易于觀察，另一方面與過(guò)濾層10采用相同的材質(zhì)，便于一體制作。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：通過(guò)將捕獲通孔設(shè)計(jì)為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細(xì)胞的細(xì)胞懸浮液進(jìn)入捕獲通孔后液體部分能夠從出口流出，而將進(jìn)口的橫截面積設(shè)計(jì)為大于出口的橫截面積，使細(xì)胞能夠被截留在捕獲通孔內(nèi)而不隨細(xì)胞懸浮液流出。根據(jù)目標(biāo)細(xì)胞的大小而合理確定捕獲通孔的高度，從而使得每個(gè)捕獲通孔僅能容納一個(gè)細(xì)胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細(xì)胞的捕獲裝置相比，本申請(qǐng)的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，在不借助外力的情況下，自身即可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的捕獲。

本申請(qǐng)的裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)用一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)、易制備的裝置實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞的快速、高質(zhì)、高效分離和捕獲，為單細(xì)胞的后續(xù)分析提供了便利條件。

(2)本申請(qǐng)的裝置減少了對(duì)細(xì)胞的浪費(fèi)，對(duì)珍貴細(xì)胞樣本的理論收集率達(dá)到了100％。

(3)可提供被捕獲細(xì)胞的高質(zhì)量、準(zhǔn)確的圖像信息。并且每個(gè)單個(gè)細(xì)胞均是可以尋址地進(jìn)行后續(xù)的觀測(cè)和回收。一旦被鑒定為稀有的有生物學(xué)或臨床意義的細(xì)胞就可以根據(jù)其所在捕獲孔道進(jìn)行后續(xù)回收和生物學(xué)分析等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。