[发明专利]一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片

说明书

本发明提供了一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片；包括依次连接的进口单元、单细胞介电泳操控单元和出口单元；所述进口单元包括细胞混合液进口和缓冲液进口；所述单细胞介电泳操控单元包括含有微阱的微流道、可寻址金属电极和平板电极。本发明还提供一种单细胞双向介电泳操控方法。本发明与现有细胞操控技术相比，具有芯片结构和加工工艺简单、单细胞操控能力、集成化高、操作简单、细胞回收率高和细胞分选纯度高的优点。

技术领域

本发明涉及单细胞操控、分离和分选，可用于单细胞培养分析、药物传送评估、药效鉴定、癌症监测和效果评估等领域，具体地，涉及一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片。

背景技术

如今，运动神经元症(渐冻人症)、艾滋病、白血病、癌症和类风湿被世界卫生组织列为世界五大疑难杂症，它们严重威胁着人类的健康。针对癌症、白血病和艾滋病等疾病的检测，临床上通常需要进行血液分析。而在血液分析之前，需要将目标细胞与其他细胞分离，获得高纯度的目标细胞显得十分必要，目前临床上最为常见的细胞分离方法是梯度离心方法。在细胞分离领域，就目前技术而言，高纯度的细胞分离能力是一个极具挑战的事情。

微流控技术在微环境下能够精确操控微流控的能力使得它在细胞操控领域具有得天独厚的优势。基于微流控技术，细胞分离技术已有光学分离技术、电学分离技术、磁学分离技术、声波学分离技术和机械力分选技术。其中，光学力和磁学力细胞分离技术已有商业化的产品，但它们仍旧存在分离纯度不高和设备昂贵的缺点。介电泳第一次被H.A.Pohl提出以来，由于其具有无需标定、无需预充电和可控地操控的能力，使得它在细胞操控领域成为一种强有力的工具。H.A.Pohl等在Science，1966，152(3722)：647-649首次使用介电泳的方法成功的分离了死的和活的酵母细胞。检索文献可知，利用介电泳的方式已经实现了循环肿瘤细胞、干细胞、白细胞、细菌和病毒的分离。然而，大多数现有的介电泳细胞操控平台的细胞分离纯度不高，并且难以在单细胞尺度上对目标细胞进行操控。

发明内容

针对现有技术中存在的目前细胞分选设备的分选纯度不高的缺陷，本发明的目的在于提供一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片。该芯片在微流道一侧设置于微电极一一对应的微阱，微阱的设置保证了单个细胞操控的可行性。另外，微阱是设置在平板电极和可寻址电极之间，无需进行加工上下层电极和嵌与两层电极之间的微阱，这大大的简化了芯片加工工艺，大幅度的提高成品率的同时降低加工成本。该芯片在单细胞尺度上保证了目标细胞分离的纯度。该芯片利用介电泳原理，针对细胞在不同频率下表现出正负向介电泳的现象来实现细胞操控。单细胞操控流程为细胞流经介电泳单细胞操控区域时，利用细胞正向介电泳将细胞捕获于微阱中；接着使用细胞缓冲液清洗未被捕获于微阱的细胞；通过单独控制需要移出的目标细胞所在微阱对应的电极，利用细胞负向介电泳将微阱中的单个细胞移出微阱。最后，使用缓冲液将移出的细胞移至细胞回收出口回收，完成单个细胞100％纯度分离。本发明具有工艺简单、成本低廉、细胞回收率高、纯度高和单细胞操控能力的特点。

具体来说，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片，所述芯片包括依次连接的进口单元1、单细胞介电泳操控单元和出口单元2；

所述进口单元1包括细胞混合液进口和缓冲液进口；

所述单细胞介电泳操控单元包括含有微阱9的微流道3、可寻址电极4和平板电极8；

所述微流道3设于可寻址电极4和平板电极8之间；且所述微阱9设于微流道3靠近可寻址电极4的一侧；

所述微阱9与所述可寻址电极4一一对应；

所述可寻址电极4的另一端为可寻址电极驱动输入引脚4’；

所述进口单元1和出口单元2贯穿依次设置于衬底5之上的透明密封层7和介电层6；