[发明专利]一种基于微流控芯片的单细胞分离装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控芯片的单细胞分离装置及方法，该装置包括上下设置的三层芯片，底层芯片上分布有呈矩阵排列的多个细胞培养腔，中层芯片上与底层芯片接触的一面设有多组细胞捕捉单元，每组细胞捕捉单元对应一列细胞培养腔；上层芯片上与中层芯片接触的一面设置多个平行的D流道，所述D流道上间隔设置阀门，本发明所公开的分离装置及方法可以实现高通量的单细胞捕捉、释放与转移，成本低、工作效率高，还可以实现定量加入试剂的功能，便于后续的检测。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，特别涉及一种基于微流控芯片的单细胞分离装置及方法。

背景技术

细胞捕获分离是指把混有多种细胞的液体，通过物理、化学和生物等手段，从中分离出一种或多种细胞的过程。细胞捕获分离是现代生物学中极其重要的一部分，同时，也是细胞研究的关键步骤之一。细胞捕获分离是在免疫学、诊断检测和病理研究中的重要实验方法。捕获分离后的细胞可以应用于细胞计数和细胞培养等实验中。目前，细胞捕获分离的手段非常多，如流式细胞分离、介电电泳分离等，但流式细胞仪仪器十分笨重且昂贵，介电泳方法捕获率相对较低，且需要较长时间的样品准备，此外这两种方法对样品量都有较大的需求。

而基于微流控芯片的细胞捕获分离具有可快速分离、样品需求小、成本低等优势。常见的微流控芯片细胞捕获分离方法有磁珠捕获分离、微矩阵捕获和声波分离等方法。但无法实现高通量的单细胞分离培养，通过单细胞捕捉与释放实现的细胞分离可以用于研究单个细胞的生命活动，并且可以实现单细胞层面的DNA、RNA以及蛋白质的分析，可以将看似相同的种群细胞分为若干不同功能亚群，对生命科学的研究具有重要意义。同时在疾病检测时，单细胞的基因分析可以分析得到肿瘤或病灶部位的更详尽的细胞信息，对推进医学进步也有着巨大的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微流控芯片的单细胞分离装置及方法，以达到实现高通量的单细胞捕捉、释放与转移，成本低、工作效率高的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于微流控芯片的单细胞分离装置，包括上下设置的三层芯片，底层芯片上分布有呈矩阵排列的多个细胞培养腔，中层芯片上与底层芯片接触的一面设有多组细胞捕捉单元，每组细胞捕捉单元对应一列细胞培养腔，每组细胞捕捉单元包括A、B、C三个平行的流道，A流道和B流道位于相邻的两列细胞培养腔之间，C流道位于对应的一列细胞培养腔的上方，且分别与该列细胞培养腔相连通；A流道上设置多个三角形3D结构、细胞捕捉腔以及侧向分枝，细胞捕捉腔通过歧管与B流道相连通，细胞捕捉腔和侧向分枝位于A流道的两侧，三角形3D结构分布于相邻的两个侧向分枝之间，所述三角形3D结构嵌于A流道内，所述侧向分枝分别与该列细胞培养腔相连通；上层芯片上与中层芯片接触的一面设置多个平行的D流道，所述D流道上间隔设置阀门，所述阀门位于所述侧向分枝的上方。

上述方案中，所述A流道为样本流动流道，B流道和C流道为压力调节流道，D流道为阀门控制流道。

上述方案中，所述A流道为亲水性表面。

上述方案中，所述歧管直径小于细胞直径，细胞捕捉腔空间略大于单个细胞的体积，使得细胞捕捉腔一次只能捕捉一个细胞。

一种基于微流控芯片的单细胞分离方法，采用上述的基于微流控芯片的单细胞分离装置，包括如下过程：

(1)将A流道出口封死并从A流道入口加入样本液体，B流道抽气使细胞捕捉腔内压力降低，细胞进入细胞捕捉腔；

(2)待大部分细胞捕捉腔捕捉细胞后，A流道出口打开，从A流道入口注入缓冲液，对A流道进行冲洗，使得A流道内不再有残留细胞；

(3)C流道抽气，使细胞培养腔处于负压，B流道加压，使细胞脱离细胞捕捉腔，当细胞培养腔内压力稳定后，打开阀门，每个被捕捉的细胞进入对应的细胞培养腔；