單細胞分離微流控芯片的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種單細胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細胞進樣口、單細胞收集池、以及依次連通于細胞進樣口和單細胞收集池之間的細胞分離單元和液滴輸出通道，所述細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，所述細胞分離單元用以將單排排列的細胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。本發(fā)明采用螺旋盤式微通道對細胞溶液進行處理，使得細胞能夠單排排列在管道中，通過液滴包裹單元實現(xiàn)了對細胞進行單個包裹。
【專利說明】
單細胞分離微流控芯片
技術領域
[0001]本申請屬于微流控技術領域，涉及單細胞檢測技術，是一種簡單實用的實現(xiàn)液滴包裹單細胞的微流控芯片體系。
【背景技術】
[0002]單細胞的研究在重大疾病早期診斷，治療，藥物篩選和細胞生理、病理過程的研究方面具有重要意義。隨著干細胞、腫瘤細胞的研究的進展，基于單細胞水平的研究越來越受到重視并成為一種研究趨勢。單細胞分離技術是進行單細胞水平研究的基礎。如何得到足夠數(shù)量的單細胞是研究的關鍵。
[0003]目前能夠實現(xiàn)單細胞分選的方法主要是流式細胞儀，可以實現(xiàn)活細胞的多通道分選，為單細胞研究奠定了基礎。但是流式細胞儀價格昂貴，體積龐大，需要專人操作，不能實現(xiàn)大面積普及。除此之外，獲得單細胞的方法還有細胞電泳和有限稀釋法，細胞電泳是根據(jù)各種細胞或處于不同生理狀態(tài)的同種細胞荷電量有所不同，故在一定的電場中的泳動速度不同原理實現(xiàn)分選，不適合相同生理狀態(tài)同種細胞的分選;有限稀釋法操作雖簡單，但是在實際操作中，效率不高，一般僅在20%，需要實驗人員進行觀察排除，費時費力。
[0004]微流控芯片技術是一種在微尺度空間中對流體進行操控的科學技術。該技術分離單細胞方法簡單，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，并實現(xiàn)了類似儀器的小型化，集成化，自動化，便攜化。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、簡單實用的單細胞分離微流控芯片，以克服現(xiàn)有技術中的不足。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]本申請實施例公開一種單細胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細胞進樣口、單細胞收集池、以及依次連通于細胞進樣口和單細胞收集池之間的細胞分離單元和液滴輸出通道，所述細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，所述細胞分離單元用以將單排排列的細胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。
[0008]優(yōu)選的，在上述的單細胞分離微流控芯片中，所述細胞分離單元為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細胞進樣口向外螺旋。
[0009]優(yōu)選的，在上述的單細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，在上述的單細胞分離微流控芯片中，所述細胞分離單元輸出的單排排列的細胞具有相同間距。
[0012]優(yōu)選的，在上述的單細胞分離微流控芯片中，所述液滴輸出通道自液滴發(fā)生包裹單元向單細胞收集池方向的寬度漸性增加。
[0013]優(yōu)選的，在上述的單細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，在上述的單細胞分離微流控芯片中，來自油相輸送通道的油相溶液對細胞溶液形成剪切并實現(xiàn)對單細胞包裹。
[0015]優(yōu)選的，在上述的單細胞分離微流控芯片中，所述基體材質為PDMS。
[0016]優(yōu)選的，在上述的單細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細胞溶液進行處理，使得細胞能夠單排排列在管道中，通過液滴包裹單元實現(xiàn)了對細胞進行單個包裹。本發(fā)明還具有以下優(yōu)點:
[0018](1)、微型化。整個芯片面積僅為幾平方厘米，反應通道寬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別。
[0019](2)、提高了包裹效率。應用上述微流控芯片使得細胞單排均勻分布在微通道中，提高了液滴包裹單個細胞的效率。
[0020](3)、在線觀測。該微流控芯片可以直接在CCD倒置顯微鏡下進行觀察，用高速攝像機進行圖像記錄，操作方便。
[0021](4)、價格低廉。芯片材質采用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實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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)明具體實施例中微流控芯片的結構示意圖；
[0024]圖2所示為本發(fā)明具體實施例中細胞分離單元的原理示意圖；
[0025]圖3所示為本發(fā)明具體實施例中液滴輸送通道在顯微鏡下的照片。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]結合圖1所示，單細胞分離微流控芯片，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細胞進樣口 1、單細胞收集池6、以及依次連通于細胞進樣口 I和單細胞收集池6之間的細胞分離單元3和液滴輸出通道5，細胞分離單元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，細胞分離單元3用以將單排排列的細胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元4。
[0028]該技術方案中，微流控芯片進樣需要動力系統(tǒng)，動力系統(tǒng)用于將細胞溶液和油相分別從細胞進樣口 I和油相進樣口 2連續(xù)注入到芯片中，細胞進樣口 I和油相進樣口 2的直徑優(yōu)選為1mm。
[0029]細胞分離單元3為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細胞進樣口I向外螺旋。
[0030]結合圖2所示，應用該螺旋盤式實現(xiàn)細胞單排排列的原理為:在連續(xù)彎曲的矩形微通道中，細胞主要受升力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胞在彎曲幾何形狀的微通道的優(yōu)選位置。當Fl>Fd時，細胞聚焦在一起，當Fl<Fd時，細胞相互混合;細胞在彎曲通道中進行多次循環(huán)流動，直到Fd和Fl平衡，細胞最終在微通道中成單排排列。
[0031 ]在優(yōu)選的實施例中，螺旋式微通道寬度根據(jù)細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，總長度為7-100]1。
[0032]優(yōu)選的，螺旋式微通道的截面呈矩形。
[0033]細胞分離單元3輸出的單排排列的細胞具有相同間距。這是用于控制單個細胞裝載到液滴的關鍵。
[0034]液滴輸出通道5自液滴發(fā)生包裹單元4向單細胞收集池6方向的寬度漸性增加。
[0035]該技術方案中，采用喇叭式液滴生成輸送通道能夠明顯提高單個細胞裝載到液滴中的成功率。
[0036]結合圖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]該技術方案中，液滴發(fā)生包裹單元可以采用“Τ”型結構，也可以采用“十”字型結構，本實施例優(yōu)選采用“十”字型結構，其由4個微通道交叉形成，其中一個是細胞進入通道，兩個是油相通入通道，通道尺寸為80?200μηι，寬50?10ym深，另外一個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，其寬度向上下擴展?？梢酝ㄟ^改變液滴輸出通道的尺寸和溶液的流速對液滴的體積大小進行調整。
[0038]檢測時，采用CCD倒置顯微鏡進行觀察，用高速攝像機進行視頻記錄。
[0039]應用該“十”字形通道實現(xiàn)液滴發(fā)生包裹的原理為:細胞溶液和石蠟油互不相溶，細胞溶液作為分散相，石蠟油作為連續(xù)相;細胞溶液和石蠟油分別從水平和垂直通道中流出，在“十”字形結構處形成油/水界面。細胞溶液在外力的推動以及石蠟油剪切力的作用下與石蠟油同步向前運動，當油/水界面處的界面張力不足以維持石蠟油施加給細胞溶液的剪切力時，細胞溶液斷裂生成獨立的被石蠟油包裹的微小體積;細胞單排均勻分布在水溶液中，隨著水溶液進入液滴中，實現(xiàn)液滴的單細胞包裹。
[0040]基體包括上下疊加的上芯片層和下芯片層，微通道凹設于上芯片層和下芯片層之間。
[0041]在優(yōu)選的實施例中，上芯片層和下芯片層材質均為PDMS，兩層TOMS板采用等離子鍵合的方式結合在一起，在其他實施例中，也可以考慮采用玻璃、PMMA等材質。
[0042]微流控芯片工作流程包括:
[0043](1)、準備好兩臺注射栗，將注射器分別抽取PC3細胞和石蠟油，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，調節(jié)焦距，進行清晰觀察。
[0045](3)、打開注射栗，調節(jié)流速，實現(xiàn)單細胞包裹；同時打開高速攝像機進行實時觀察細胞包裹情況。
[0046]需要說明的是，在本文中，術語“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、物品或者設備所固有的要素。
[0047]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【主權項】
1.一種單細胞分離微流控芯片，其特征在于，包括基體、以及形成于基體上的微通道，該微通道包括細胞進樣口、單細胞收集池、以及依次連通于細胞進樣口和單細胞收集池之間的細胞分離單元和液滴輸出通道，所述細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，所述細胞分離單元用以將單排排列的細胞輸送至液滴發(fā)生包裹單元。2.根據(jù)權利要求1所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:所述細胞分離單元為螺旋式微通道，該螺旋式微通道自細胞進樣口向外螺旋。3.根據(jù)權利要求2所述的單細胞分離微流控芯片，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)權利要求2所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:所述螺旋式微通道的截面呈矩形。5.根據(jù)權利要求2所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:所述細胞分離單元輸出的單排排列的細胞具有相同間距。6.根據(jù)權利要求1所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:所述液滴輸出通道自液滴發(fā)生包裹單元向單細胞收集池方向的寬度漸性增加。7.根據(jù)權利要求1所述的單細胞分離微流控芯片，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)權利要求7所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:來自油相輸送通道的油相溶液對細胞溶液形成剪切并實現(xiàn)對單細胞包裹。9.根據(jù)權利要求1所述的單細胞分離微流控芯片，其特征在于:所述基體材質為PDMS。10.根據(jù)權利要求1所述的單細胞分離微流控芯片，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，所述微通道凹設于所述上芯片層和下芯片層之間。
【文檔編號】B01L3/00GK105944775SQ201610454360
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】亓琳琳, 顧志鵬, 聶富強
【申請人】蘇州汶顥芯片科技有限公司