[发明专利]一种正压型高通量单细胞图形化装置

说明书

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种正压型高通量单细胞图形化装置。

背景技术

细胞是生命活动的基本单位，已知除病毒之外的所有生物均由细胞组成，就算是病毒，其生命活动也必须在细胞中才能体现。 而细胞研究需要高纯度高效率地分选出某一亚群细胞， 并对此亚群细胞进行多参数的定量分析。因此，单细胞图形化技术随之而产生。

在细胞水平的科学研究中，单细胞图形化技术有常规细胞实验所不能及的独特优点。

利用单细胞图形化技术进行细胞研究可为细胞研究提供更多手段，可以从更深层次阐明生存环境改变时细胞反应的机理，而现在常规的体外细胞实验，研究的对象是上万个细胞，检测外界条件改变时它们的平均响应值，这样往往会掩盖某些细胞的一些微弱但作用重要的反应；此外，利用空间结构阻隔、修饰特定表面区域等细胞图形化技术能够有效地将细胞群或单个细胞彼此分离，同时结合微针、原子力显微术、光镊、磁镊等技术能够有效地操纵少量或单个细胞，结合高精度的显微成像技术和高灵敏的传感技术，能够从细胞活性及形态、亚细胞结构、蛋白质含量及活性变化、核酸含量及形态、细胞代谢产物变化等方面对单细胞进行分析，甚至能够实时记录某个特定反应的整个过程，由此逐步揭开细胞这个具有全功能性的生命个体的奥秘。 

并且细胞图形化技术作为新型细胞操纵技术，在细胞研究中发挥重要作用，已在基础生物学、组织工程以及基于细胞的生物传感器等方面的应用，但目前高通量细胞自动图形化装置很少。根据调研资料来看，目前主要高通量的细胞图形化方法还没有摆脱手工操作的限制；有些图形化方法，采用了前沿的技术如光镊，但不仅限于少量的细胞操纵，不能实现高通量；国际上较为先进的流式细胞分选技术被少数几个国外公司垄断，能实现高通量分选，但分选后细胞的活力会受到很大的影响。 

2006年加州大学伯克利分校的Dino Di Carlo, Liz Y. Wu等人用PDMS制作了一套微流体系统来对细胞进行拦截，从而形成单细胞阵列；由于这类方法将细胞限制在基板上而易造成细胞的变形和凋亡，不适合用于诊断和细胞动态分析。

2003年M. Fre′ne′a等人利用负介电泳原理设计了一套微电极阵列，实现了单细胞定位。这些方法对细胞的危害较小，且方便进行疾病诊断、药物筛选以及细胞动态分析等操作，但只实现了细胞定位，没有实现单细胞图形化。

同时，现在也有利用微线圈阵列形成的图形化装置，但其基于的MEMS制作工艺相对复杂。并且也有制作工艺相对简单的基于磁场过滤而形成高磁场梯度的单细胞图形化装置，但现有的细胞图形化装置都在一定程度上对细胞进行修饰，对细胞的生理有一定影响。

因此一种高通量单细胞自动图形化装置具有重要意义，这种装置结构简单，且能实现高通量单细胞自动图形化，没有生物、化学的修饰环节，对细胞的生理特性影响很小。

发明内容

本发明的目的在于减小现有技术难度，降低对细胞的伤害，提供一种正压型高通量单细胞图形化装置。

一种高通量正压型单细胞图形化装置，此装置由基底1、图形化基片2、密封性基片3及图形化细胞悬浮液容器4组成，其中基底1中间为微沟道7，侧壁侧面具有平行轨道5，侧壁上具有固定结构6；图形化基片2由图形化基片主体部分9及其外围边框8组成，图形化基片主体部分9上具有第一通孔阵列10；图形化细胞悬浮液容器4外围有容器周围四壁13围成，顶端开口，其容器底面15具有第二通孔阵列16，容器周围四壁13的底部有支撑固定结构14；密封性基片3和图形化基片2具有相同尺寸。

使用时，图形化基片2和密封性基片3放于基底1的平行轨道5上，图形化细胞悬浮液容器4的支撑固定结构14和基底1的固定结构6配合使其固定在基底1上并位于图形化基片2的正上方，两者的通孔阵列圆心一一对应，细胞通过容器底面15的第二通孔阵列16中进入到图形化基片2上的第一通孔阵列10中实现细胞图形化；图形化完成后，随图形化基片2移出容器底面15，密封性基片3进入容器底面15，代替图形化基片2遮住容器底面15的第二通孔阵列16。

所述图形化基片主体部分9的厚度为20-40um，其上第一通孔阵列10的通孔为台阶形或圆锥形；通孔大端11直径为10-15μm，通孔小端13直径为5-8μm；阵列通孔数量根据所需单次图形化细胞数量不同而变化。

所述容器底部15的第二通孔阵列16的通孔直径为30-40μm。

一个图形化细胞悬浮液容器可对应多个图形化基片和密封性基片。