[发明专利]一种单细胞基因检测芯片及其制作方法与检测方法

说明书

提供一种单细胞基因检测芯片及其制作方法与检测方法，此芯片包括依次贴合的玻璃基片(3)、PDMS主芯层(2)、聚丙烯双面胶膜(1)，PDMS主芯层(2)开槽结构面上开设检测槽和负压槽，检测槽形成供待测细胞溶液流入的检测流道，负压槽形成负压空腔；检测流道依次包括进样口(21)、主流道(24)、微道腔阵列和废液腔(22)，沿主流道(24)两侧依次开设侧微道(28)，每个侧微道(28)终端开设微腔(26)，主流道(24)经过微道腔阵列分流后其终端通入废液腔(22)；本发明为自驱动式微腔阵列芯片，负压结构缩短了进样时间，省去了复杂微阀泵结构，芯片可实现单细胞捕获、裂解、核酸扩增功能。

技术领域

本发明涉及细胞基因检测技术领域，具体涉及一种单细胞基因检测芯片及其制作方法，以及相应的单细胞基因检测方法。

背景技术

基因是生物体内携带遗传信息的物质的总称。通过检测基因，可以了解各个生物体的性状表达、探究疾病的成因，还可以达到预测和预防人类疾病的目的。传统的细胞基因检测方法有二代测序技术、基因芯片法、实时荧光定量PCR法等。这些方法都要经过核酸提取和纯化步骤得到纯度较高的核酸样本才能够实施。另外，随着细胞生物学和病理学的深入研究，人们发现无论是正常细胞还是肿瘤细胞均存在异质性。而传统的细胞基因检测方法都是需要获取大量细胞样本，无法分析特定单个细胞基因。

随着微流控和微机械加工技术的不断完善和发展，微全分析系统（Micro totalanalysis system，μ-TAS）在细胞水平上的生物学研究和临床实验诊断等领域里的优势日趋显著。微流控芯片因功能单元尺寸与细胞大小相当、精度高和检测快速方便等优点，在细胞分析方面表现出了明显的优势。该技术可以将现行所有的细胞分析步骤和过程（如细胞操纵、细胞捕捉/筛选、细胞培养以及在线实时动态监测分析等）整合于一块微芯片上，实现分析操作的一体化，可以减少操作过程中对细胞样本的损伤和污染，非常适合少量细胞特定基因的快速高灵敏检测。

目前，针对单细胞基因检测发展了一系列新型的微流控芯片及装置，主要可以分为以下几类：（1）利用乳液滴单元，包裹单个细胞，为细胞基因检测提供独立的空间。再利用微结构操纵液滴融合，实现单细胞的裂解和核酸扩增，如专利文献CN109988821A。（2）利用微腔结构单元，捕获单个细胞，再通过微阀结构控制特定通道开闭，通入裂解液裂解细胞并驱动裂解产物流入微反应腔内扩增，如专利文献CN106065391A。（3）利用介电电泳原理，在微芯片内集成电极，捕获单细胞，然后施加高电压裂解细胞，如专利文献CN107267382A。而微流控芯片内细胞基因检测方法主要有：（1）在核酸扩增试剂中加入特异性Taqman探针，根据荧光信号分析基因表达。（2）回收核酸扩增产物，采用二代测序技术检测目标核酸。（3）采用原位核酸杂交技术，无需裂解细胞即可分析基因。

以上这些应用于单细胞基因检测的微流控装置，仍旧存在以下几点问题：1）能够实现单细胞基因检测一体化的芯片，结构复杂，需要外接的进样或者操控设备。2）结构简单的芯片只是实现了单细胞捕获和裂解，没有将所有检测步骤集成化。

聚二甲基硅氧烷，英文名称Polydimethylsiloxane，简称PDMS。是一种高分子有机聚合物，具有光学透明与内部细微结构的多孔性，而且生物兼容性很好。PDMS的应用包括在生物微机电中的微流道系统、填缝剂、润滑剂、隐形眼镜。液态时的二甲基硅氧烷为一黏稠液体，称做硅油，是一种具有不同聚合度链状结构的有机硅氧烷混合物，其端基和侧基全为烃基（如甲基、乙基、苯基等）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单细胞基因检测芯片，摆脱对进样装置的依赖，将单细胞捕获、裂解、基因检测功能集成于一体，解决现有技术存在的芯片结构复杂和步骤繁琐等问题。本发明还提供此种单细胞基因检测芯片的制作方法，以及使用此种自驱动式微腔阵列芯片而实现的的单细胞基因检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明单细胞基因检测芯片所采用的技术方案为：