[发明专利]一种单细胞培养系统及单细胞培养方法

说明书

本发明提供了一种单细胞培养系统及单细胞培养方法，所述单细胞培养系统包括单细胞培养装置及驱动模块，所述装置包括细胞液入口、电极阵列组成的单细胞培养区和第一细胞液出口，所述单细胞培养区设置有细胞限制装置。本发明基于数字微流控技术构建电极阵列组成的单细胞培养装置，在单细胞培养区设置限制装置，使得单细胞及其分裂形成的细胞群始终位于单细胞培养区内，不随细胞培养液的移动而移动，有利于实现细胞培养过程中的换液操作，完成单细胞培养。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，涉及一种单细胞培养系统及单细胞培养方法。

背景技术

单细胞培养（single cell culture）是指从生物样本中分离出单个细胞，在无菌条件下进行体外生长、发育的技术，在毒株培养、抗体生产、药物筛选、耐药分析、炎症或癌症发病机理研究等方面具有重要的应用。单细胞培养主要包括单细胞分选和单细胞培养两个步骤。目前，单细胞分选主要采用稀释法将含有细胞的培养液进行大量稀释，通过人工或机械挑选出单细胞；单细胞培养主要采取平板或微室进行单细胞培养，最终通过人工或机械方法提取目标产物进行进一步分析检测。

Berkeley LIGHTS公司利用光镊技术对连续流体中的单个细胞进行精准控制，其研制的芯片将单细胞分选、单细胞培养和单细胞提取功能进行集成，构建了全自动化单细胞培养实验平台。该技术将细胞培养液中的细胞逐一分配至微型反应仓内，通过片上细胞培养实现了在每一个微型反应仓内进行单细胞培养，最终可以将指定细胞从微型反应仓中取出。

但是，光镊技术依赖于超高精度的激光光源和控制系统进行光路操控，使得设备体积庞大且成本极其高昂；由于细胞驱动能力来自于激光光源的高精度操控，因此细胞的分选速度和单次实验的通量会受到驱动设备的严格限制，扩展性较差；另外，由于光镊技术操控流程复杂，该平台难以实现用户定制化实验流程，灵活性较差。

因此，有必要提供一种新的集成度高、通量高、成本低的单细胞分选培养技术，在单细胞培养技术领域具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。

发明内容

针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供了一种单细胞培养系统及单细胞培养方法，所述系统基于数字微流控技术，实现了单细胞液滴的自动生成和分选，并将单细胞液滴自动分配至细胞培养区进行单细胞培养。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种单细胞培养装置，所述装置包括微流控通道层、电极层和驱动模块；

所述微流控通道层包括细胞液入口5、单细胞液滴生成区1、单细胞培养区4和第一细胞液出口71，所述单细胞培养区4设置有细胞限制装置；

所述细胞限制装置包括多孔电极17、声波发生装置18或产生光阱的激光系统中的任意一种或至少两种的组合；

所述电极层由电极阵列组成，由所述微流控通道层支撑，所述电极阵列对微流控通道层的液滴产生介电润湿效应，控制液滴发生形变和/或位移；

所述驱动模块驱动装置中的电极阵列。

本发明中，基于数字微流控技术构建电极阵列组成的单细胞培养装置，在单细胞培养区4设置限制装置，使得单细胞及其分裂形成的细胞群始终位于单细胞培养区4内，不随细胞培养液的移动而移动，有利于实现细胞培养过程中的换液操作，完成单细胞培养。

本发明的驱动模块通过向电极阵列供电驱动液滴形变和/或位移，而不是通过压力驱动液滴发生改变，不同于常规的数字注射泵。

优选地，所述单细胞培养区4的边缘设置有物理墙结构14；

所述物理墙结构14设置有靠近第一细胞液出口71的第一缺口15和靠近细胞液入口5的第二缺口16；

所述第一缺口15的宽度小于细胞直径；