[发明专利]用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件

说明书

技术领域

本发明涉及单细胞旋转技术领域，特别涉及一种用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件。

背景技术

目前，在单细胞旋转领域中主要是针对单个细胞进行二维平面的旋转，基本都是基于平面电极对单细胞进行操作，二维旋转对于细胞的研究具有一定的局限性，首先无法控制精确的旋转细胞的方位，其次无法全面的了解细胞的整个外貌特性。

然而，对细胞的三维旋转研究目前效果不显著。举例而言，例如一种新型的细胞三维旋转结构，其设计的单细胞旋转结构能够很好的实现细胞的三维旋转，细胞能够在由电极围成的腔室内旋转，但是由于细胞尺寸在10微米量级，采用移液枪将细胞放入电极腔室内的方法比较笨拙，不仅效率很低，并且很难完成单细胞样品的进给，以及对细胞样品的浪费量很大。因此，如何将单细胞放置进腔体是一件亟待解决的事情。

需要说明的是，由于细胞必须存在于细胞悬浮液中，因此单细胞捕获的主流方法是采用流体力学的原理，设计具有特殊结构的微流控芯片来实现捕获。而相关技术中的单细胞捕获方法在实现捕获时，具有以下缺点：1)不能准确控制细胞的捕获位置；2)所需要的细胞悬浮液中细胞的样本要足够大，造成细胞样本的极大浪费；3)流道的几何形状设计的非常复杂，增加了对流道的制备要求和成本；4)流道设计的很长，导致微流控芯片上每一个有效捕获单位所占空间大，造成极大浪费。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件，该微流控器件不但可以准确地捕获单细胞，并且能够实现细胞的三维旋转。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件，包括：单细胞捕获器，用于捕获细胞悬浮液中单细胞，其中，所述单细胞捕获器包括：第一导电基底；微流道，所述微流道与所述第一导电基底通过不可逆方式进行贴合；三维旋转器，所述三维旋转器与所述单细胞捕获器通过可逆方式进行贴合，用于对捕获的单细胞进行三维旋转，其中，所述三维旋转器包括：第二导电基底；多个竖直电极，所述多个竖直电极嵌入在所述微流道中，所述多个竖直电极形成电极腔室，与信号发生装置相连，被施加信号时在所述电极腔室内产生三维旋转电场，以对所述捕获的单细胞进行三维旋转；以及控制器，所述控制器分别与所述第一导电基底、所述微流道、所述第二导电基底和所述多个竖直电极相连，用于控制所述微流道内细胞悬浮液流速，并对所述第一导电基底、所述多个竖直电极和所述第二导电基底施加电信号。

根据本发明实施例提出的用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件，通过单细胞捕获器捕获细胞悬浮液中单细胞，并且通过三维旋转器对捕获的单细胞进行三维旋转。通过控制微流道内细胞悬浮液流速，并对多个竖直电极和第一、第二导电基底施加电信号实现单细胞捕获及三维旋转，不但解决了单细胞放置困难的问题，而且能够精确快速的捕捉细胞，减少样本需求量，以及实现单细胞三维旋转，并克服细胞旋转时位置容易偏移和下沉的问题，提高三维旋转的稳定性，节约能源，降低成本。

另外，根据本发明上述实施例的用于单细胞捕获及三维旋转的微流控器件还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电极腔室与所述微流道对准贴合，以使所述电极腔室与所述流道相连通。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微流道包括：细胞悬浮液进口与出口；主流道；细胞捕获区，所述细胞捕获区与所述主流道具有预设体积流率比。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器采用注射泵驱动或重力驱动推动所述微流道内细胞悬浮液。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器通过调整输入电信号实现对三轴中任一轴的正方向与反方向的旋转。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器对所述多个竖直电极和所述第一导电基底施加初相位相反的交流电信号或交替施加直流电信号，并保持所述第二导电基底浮置，从而在所述主流道内形成竖直向上的介电泳力以抬升所述细胞悬浮液中的单细胞，以便于细胞能够流至所述细胞捕获区。