CN105441307A - 单细胞捕获芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单细胞捕获芯片，包括:液流层，包含液流通道，所述液流通道分别通过液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通；弹性膜层，包括设置在所述液流通道上的弹性膜；驱动机构，至少用以驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述液流通道的液流内单个细胞的细胞空穴。本发明的芯片通过预置细胞空穴，提高了单细胞捕获效率，减少捕获所需输入的细胞数量。

Description

单细胞捕获芯片

技术领域

本发明属于微流控技术领域，特别是涉及一种单细胞捕获芯片。

背景技术

随着生物技术研究手段的不断发展，生物学的研究层面正从细胞种群向单细胞层面深化拓展。每个细胞在时空上都是独一无二的，尽管它们可能来自同一祖先，但是不同的时空环境决定了它们各自特异的遗传表达，从而产生了不同的生物性状，这对于进化、耐药性、基因表达等研究具有重要价值。然而基于细胞种群的分析方法往往会掩盖群体内不同细胞间出现的差异，忽略这些少量但重要的信息。因此迫切需要研发基于单细胞的培养及分析方法，用来研究不同细胞个体间的差异性，了解细胞的遗传与代谢机制。

从大量细胞中获得单个细胞是进行单细胞培养与分析的第一步。传统的单细胞获取方法常采用对细胞群进行大量稀释或者显微操作的方法来进行。整个操作步骤复杂繁琐，单细胞获得效率低。微流控技术是上世纪九十年代在分析化学领域发展起来的，它以微管道网络微结构特征，通过微加工技术将微管道、微泵、微阀、微储液器、微检测元件等功能元器件像集成电路一样，集成在芯片材料上。微流控技术在分离捕获单细胞方面很高的效率，通过在芯片上制作微孔、微筛、微电极等结构，能够在较短时间捕获大量单细胞，在单细胞捕获培养研究方面已经有多个成功的应用范例。

美国专利申请US20120009671A1中描述了一种基于微孔的单细胞捕获方案，该芯片上有上千个160μm（长）×160μm（宽）×160μm（深）的微孔，各微孔顶部均有液流通道相连，捕获前，先将细胞浓度稀释到合适水平，然后将稀释的细胞液注入液流通道，使各微孔充满液体后停止注入细胞液，此时液流通道中的细胞在重力作用下沉入微孔，通过调整细胞液的稀释度可以确保约有10%~30%的微孔中含有单个细胞。捕获的单细胞在微孔中进行培养，培养液更换则通过以每秒2mm的速度注入培养液来实现。此芯片能够实现160~480个单元的单细胞培养。

针对上述单细胞捕获方案，由于单个细胞捕获是基于单细胞在平面上的均匀分布实现的，这就需要调整输入细胞的浓度，使单个微孔的水平区域仅含有一个细胞，尽管如此，多数微孔或是未捕获到细胞，或是捕获到两个及以上的细胞，能够捕获到单个细胞的微孔数量比例仍然比较低（10~30%）。而且，微孔中细胞捕获数量的不确定性使得必须要通过显微成像对所有微孔区域的细胞数量进行判别，从中挑出少数具有单个细胞的微孔，整个判别过程耗时且工作量比较大。另外，由于仅靠重力将单细胞捕获在微孔中，捕获力较弱，细胞容易随高流速的液流而流失，因此在培养液换液时，液流流速需要控制在每秒2mm以下，这增加实验过程的复杂性，提高操作难度大。从总体看，由于细胞捕获依赖于微孔中的流场分布，这对于微孔的形制有较大要求；由于微孔不仅作为捕获结构，还需要作为培养结构，因此特定的微孔形制也决定了有限的细胞培养空间结构。

已公开的技术文献（LabChip,2012,12,765）公开了一种基于微筛的单细胞捕获芯片，该芯片具有多个串联圆形腔室，每个腔室中央有一对由两个微柱组成的微筛结构。当细胞注入腔室时，单个细胞会被阻滞于微筛处，从而被捕获，进而微筛外围的上方的圆形微阀通过加压，阀膜向下方的液流通道弯曲形变，将微筛区域与外界液流通道隔离，形成一独立腔室，捕获的单细胞即在其中培养生长。换液操作时，微阀开放数百毫秒后再次快速关闭，微阀隔离区域外的新液在此数百毫秒短时间内扩散进入微阀隔离区域内。

由于单细胞捕获力为微筛对流动中细胞的反作用力，捕获力强弱与液体流速密切相关，较强的细胞捕获依赖于较高的液体流速。在改变注入液体种类时，管道中的液流速度容易产生波动或或发生瞬时流向改变，此时细胞极易从微筛上脱离造成捕获失败，因此该方案对液体流速控制要求较高。换液操作时，外部新液依靠微阀瞬时开放（数百毫秒）而扩散进入中央区域，这对微阀开放时间的控制要求极高。而且依靠浓度差扩散进入的新液量十分有限，内外液体更换是不完全的，当中央隔离培养区域直径增大时，依靠扩散进行换液的效果将下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种单细胞捕获芯片，该芯片单细胞捕获力较强，被捕获细胞不易从捕获位点脱离，能够从有限数量的细胞中，通过冲洗操作可以方便的得到单细胞，并可快速更换单细胞的环境溶液。

为了达成前述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种单细胞捕获芯片，包括:

液流层，包含液流通道，所述液流通道分别通过液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通，

弹性膜层，包括设置在所述液流通道上的弹性膜，

驱动机构，至少用以驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述液流通道的液流内单个细胞的细胞空穴。

进一步的，所述弹性膜分布于所述液流层与驱动机构之间，使所述驱动机构与液流通道相互隔离。

进一步的，所述驱动机构至少可选自电致动机构、磁致动机构、光致动机构、液压驱动机构或气动机构，且不限于此。

在一实施方案之中，所述驱动机构包括设置在弹性膜层上的气动控制层。

进一步地，所述细胞空穴的大小与单个细胞的直径等于或者略小于单个细胞的直径。

进一步地，所述弹性膜层包括设置在液流通道上的弹性膜，所述弹性膜将液流通道与气动控制层隔离。

进一步地，所述气动控制层包括设置在弹性膜上的气动控制管道，所述气动控制层根据气动控制管道内的流体压力控制弹性膜的形变和/或位移，从而在所述弹性膜与液流层之间形成所述细胞空穴。

其中，至少所述气动控制管道的局部区域与所述液流通道交叉，特别是，所述气动控制管道至少在所述液流通道内的细胞空穴上方穿越。

在本发明中，通过驱动机构驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，使弹性膜的局部位点，例如离散分布的多个位点凸露至液流通道，从而可在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述液流通道的液流内单个细胞的细胞空穴。

而作为较佳实施方案之一，可在所述液流通道内固定连接复数个凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，特别是相对微小的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴。

作为较佳实施方案之一，所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有复数个凸起部，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴。

较为优选的，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴。

在一典型实施案例中，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈三角环形布局的三个凸起部之间形成有所述细胞空穴。

作为较佳实施方案之一，所述液流通道内固定连接有M个第一凸起部，同时所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有N个第二凸起部，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变或位移时，所述弹性膜与液流通道之间在相邻设置的复数个第一凸起部之间和/或相邻设置的复数个第二凸起部之间和/或相邻设置的m个第一凸起部与n个第二凸起部之间形成所述细胞空穴，M、N、m、n均为正整数，并且M与N不同时等于1，m与n不同时等于1。

进一步地，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个第一凸起部之间形成有所述细胞空穴，

和/或，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴，

和/或，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的m个第一凸起部与n个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴。

在一典型实施案例中，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈三角环形布局的一个第一凸起部与两个第二凸起部之间或两个第一凸起部与一个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴。

进一步地，所述微柱的形状至少选自圆柱形、长方体、梯台、圆锥体的任一种或者两种以上的任意组合，但不限于此。

作为较佳实施方案之一，所述液流通道内固定连接有一个以上具有开放式槽型结构的凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移时，其中一凸起部与所述液流通道内壁或所述弹性膜之间配合形成所述细胞空穴。

作为较佳实施方案之一，所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有一个以上具有开放式槽型结构的凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移时，其中一凸起部与所述液流通道内壁之间配合形成所述细胞空穴。

较为优选的，所述凸起部可具有新月形横截面。

作为较佳实施方案之一，所述气动控制层还包含分布于至少一细胞空穴上、下游的辅助气动控制管道，用以驱动所述弹性膜层产生形变和/或位移，从而将流经所述液流通道的液流内的细胞截留于所述液流通道内的选定区域，同时使液流中的液体通过。

本发明的另一目的在于提供一种单细胞捕获方法，包括：

提供前述的任一种单细胞捕获芯片，

通过液流输入管道的接口向液流通道内输入细胞悬液，

向气动控制层中的气动控制管道内周期性输入具有设定压力的流体，驱使所述弹性膜层产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用以捕获单个细胞的细胞空穴，

以及，在所述细胞空穴捕获单个细胞后，清洗除去所述液流通道内的多余细胞，从而获得被捕获的单细胞。

而作为较为优选的方案之一，该单细胞捕获方法进一步还可包括：

在气动控制层内，于至少一细胞空穴上、下游分别设置辅助气动控制管道，

通过液体流向控制和所述气动控制层根据辅助气动控制管道内的流体压力控制实现单细胞精确捕获。

进一步的，该单细胞捕获方法包括：

向位于细胞空穴下游的辅助气动控制管道内通入具有一定压力的流体，驱使所述弹性膜层产生形变和/或位移，从而在所述液流通道内于所述细胞空穴下游形成可截留细胞但使液体通过的第一细胞截留部，

通过液流输入管道的接口向液流通道内输入细胞悬液，使细胞被截留在位于第一细胞截留部上游的液流通道内，直至被截留的细胞达到设定数量，停止注入细胞悬液，

向位于细胞空穴上游的辅助气动控制管道内通入具有一定压力的流体，驱使所述弹性膜层产生形变和/或位移，从而在所述液流通道内于所述细胞空穴上游形成可截留细胞但使液体通过的第二细胞截留部，

向气动控制管道内周期性输入具有设定压力的流体，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成所述细胞空穴，

反复改变所述液流通道内液流的流向，使被截留于第一细胞截留部与第二细胞截留部之间的液流通道内的细胞反复经过所述细胞空穴，直至有单细胞被卡入所述细胞空穴，撤去所有气动控制管道及辅助气动控制管道的流体压力，向液流通道中注入清洗液将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

在本发明的芯片中，细胞空穴采用微阀（驱动机构）与微筛（凸起部）结合设计，形成理论上的空洞，该空洞可以收纳单个细胞。弹性膜层与液流层的配合使单细胞滞留在细胞空穴内实现单细胞捕获的目的。

本发明通过一种微阀微筛结合的设计，实现对单细胞较强作用力的捕获，捕获后的单细胞不易脱出捕获位点；约有80%以上的捕获位点能够捕获到单细胞，单细胞捕获效率高；同时捕获多个细胞的机率小，单细胞捕获判别简单快速；捕获过程中不需要精确的流体流速控制，可在不同流向的流体中捕获单个细胞；不需要对初始细胞悬液中的细胞浓度进行特别调整；换液操作时不需要精确的流速控制，仅需注入新液即可，换液充分；单细胞捕获位置可置于多种形制、大小的培养腔中，对培养腔结构无特殊要求，容易与其他芯片结构集成。

本发明的单细胞捕获结构包括位于液流层的液流通道和位于气动控制层的气动控制管道，两层间有弹性膜相隔。液流通道中有三个以上微柱围成一个与细胞大小相等或略小的区域，其中，该三个以上微柱可呈环形布局，例如，规则的环形，例如三角环、四元环等或其它非规则环形。弹性膜在该区域上方挤压液流通道，单个细胞会被挤压卡在微柱之间的区域。微柱可位于弹性膜上并突出于液流通道一侧。

相比专利US20120009671A1中基于细胞重力捕获，细胞液流速度需要精确控制，防止细胞逃逸，本发明由于细胞被挤压进入微柱间的空隙，细胞与微柱具有较强的作用力，细胞能够被牢固捕获在特定区域，不易随液体流动而脱离出捕获区域，细胞捕获后即使冲洗液流速度达到每秒20mm，细胞仍不易逃逸出捕获区，无需精确的流速控制，操作要求更低。经试验证实，美国专利US20120009671A1中约有10~30%的腔室能够捕获到单细胞，而本发明能够80%以上的单细胞捕获区能够捕获到单个细胞，单细胞捕获效率更高。

相比专利US20120009671A1中有相当量的微孔会捕获到两个以上细胞，单细胞的确认时间较长，本发明由于单细胞捕获区理论上仅能容纳一个细胞，因此捕获到多个细胞的概率极小，单细胞确认仅需判断有细胞或无细胞，判别时间缩短。

相比专利US20120009671A1中细胞捕获前，需要调整注入细胞悬液中的细胞浓度，本发明由于采用气动控制管道对细胞进行截留，细胞数量达到一定限度即可开始捕获操作，无需调整注入的细胞浓度，操作更为简便。

相比专利US20120009671A1中换液需要一定的流速控制，文献（LabChip,2012,12,765）中换液需要数百毫秒快速的微阀切换与不充分的换液效果，本发明换液时仅需注入新液，无需流速控制与微阀快速切换，旧液被完全冲洗出捕获区域，换液完全充分。相比专利US20120009671A1与文献（LabChip,2012,12,765）中，捕获结构与培养结构合一，从而限制了培养腔结构形制，本发明捕获结构可以置于其他形制的培养腔中，容易与其他结构的芯片进行集成

本发明的微柱结构不限于圆柱形，可为长方体、梯台、圆锥等，数量也不限于三个，也可为三个以上，仅需能够围成一个环状空穴，空穴等于或略小于细胞大小，以将使单个细胞卡入此空穴。也可为简化为一空穴。围成空穴的微柱可在液流通道中的弹性膜一侧或对侧或部分在弹性膜一侧或部分在弹性膜对侧。挤压力不仅可来自于气动微阀（例如，气动控制管道），也可来源于其他致动结构形成的挤压力，如微电机、电致伸缩机构、磁致伸缩机构、电磁铁或光致形变机构等。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点包括：

本发明通过弹性膜层与气动控制层配合，弹性膜产生形变或者位移而在弹性膜层与液流层间形成用于截留液流通道内液体中单个细胞的细胞空穴。通过预置细胞空穴，提高了单细胞捕获效率，减少捕获所需输入的细胞数量。

另有多路气动控制管道分别分布在控制细胞空穴的气动控制管道两侧，与液流通道形成交叉，其中一个气动控制管道位于注入细胞流的前方，一个气动控制管道位于注入细胞流的后方，控制上游气动控制管道中气压，使其截止液体中的细胞而允许液体流过，然后反复改变液体流向，多路气动控制管道间的有限量细胞即随液流，在单细胞捕获区域往复流动，配合周期性的阀膜挤压，实现单细胞的快速精确捕获。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例单细胞捕获芯片的俯视示意图；

图2是本发明实施例单细胞捕获芯片液流层结构俯视示意图；

图3是图1中所示沿线1C的单细胞捕获芯片剖面结构示意图；

图4是本发明另一实施例单细胞捕获芯片的俯视示意图；

图5是图4所示沿线2B的单细胞捕获芯片剖面结构示意图；

图6是本发明又一实施例单细胞捕获芯片的俯视示意图；

图7是图6所示沿线3B的单细胞捕获芯片剖面结构示意图；

图8是本发明再一实施例单细胞捕获芯片俯视示意图；

图9是图8所示沿线4B的单细胞捕获芯片剖面结构示意图；

其中110为液流层；120为气动控制层；130为弹性膜层；1000为单细胞捕获区；1101为液流通道；第一气动控制管道1201、第二气动控制管道1202、第三气动控制管道1203；1301、1401分别为微柱。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1图1~3是本发明实施例1的单细胞捕获芯片示意图，该芯片主要由三个上下层叠的结构层组成。底层是液流层110，上层是气动控制层120，两层之间有弹性膜130相隔。液流层110中有液流通道1101，宽100微米，高20微米，两端均有接口与芯片外连通，在液流通道1101局部区域底部有三个突起的微柱1301，直径10微米，高10微米，微柱间围成的区域即单细胞捕获区1000。气动控制层120中有第一气动控制管道1201，宽100微米，在液流通道1101的单细胞捕获区域1000上方穿越。气动控制管道均与外界相连，当向气动控制管道中注入高压气体，气动控制管道下的弹性膜会向下发生弯曲，挤压弹性膜下方的液流通道，当撤去高压气体时，弹性膜回复。

该芯片的单细胞捕获原理在于，三个微柱围成一个与细胞大小相等或略小的区域，即单细胞捕获区，当细胞在此区域垂直方向流过时，一侧阀膜（气动控制管道与弹性膜）周期性反复加压产生形变，向对侧周期性挤压液流通道，如此时有细胞流经位于细胞捕获区对侧的区域时，细胞即被挤压卡在微柱之间的细胞捕获区，完成单细胞捕获，将液流通道中多余细胞冲洗出管路后，该段液体管路即含有单个细胞。换液时，仅需向捕获有单细胞的液体管路注入新液即可。

动作关系说明：

结合附图1~3，向液流通道1101中注入细胞悬液，然后向气动控制管道1201中周期性充入高压流体，待单细胞捕获区域捕获了单个细胞后，撤去1201的气压，向液流通道1101中注入清洗液，将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

实施例2图4、5是本发明实施例2的单细胞捕获芯片结构示意图，该芯片主要由三个上下层叠的结构层组成。底层是液流层110，上层是气动控制层120，两层之间有弹性膜130相隔。液流层110中有液流通道1101，宽100微米，高20微米，两端均有接口与芯片外连通，在弹性膜130局部区域向液流通道方向伸出三个突起的微柱1401，直径10微米，高10微米，微柱间围成的区域即单细胞捕获区1000。气动控制层120中有第一气动控制管道1201在液流通道1101的单细胞捕获区域1000上方穿越。所有气动控制管道均与外界相连，当向气动控制管道中注入高压气体，气动控制管道下的弹性膜会向下发生弯曲，挤压弹性膜下方的液流通道，当撤去高压气体时，弹性膜回复。

动作关系说明

结合附图4、5，向液流通道1101中注入细胞悬液，然后向气动控制管道1201中周期性充入高压流体，待单细胞捕获区域捕获了单个细胞后，撤去1201的气压，向液流通道1101中注入清洗液，将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

实施例3图6、7是本发明实施例3的单细胞捕获芯片结构示意图，该芯片主要由三个上下层叠的结构层组成。底层是液流层110，上层是气动控制层120，两层之间有弹性膜130相隔。液流层110中有液流通道1101，宽100微米，高20微米，两端均有接口与芯片外连通，在液流通道1101局部区域底部有三个突起的微柱1301，直径10微米，高10微米，微柱间围成的区域即单细胞捕获区1000。气动控制层120中有第一气动控制管道1201，其中第一气动控制管道1201在液流通道1101的单细胞捕获区域3000上方穿越。另有第二气动控制管道1202、第三气动控制管道1203分别分布在1201两侧，与液流通道1101形成交叉，其中第三气动控制管道1203位于注入细胞流的前方，第二气动控制管道1202位于注入细胞流的后方。所有气动控制管道均与外界相连，当向气动控制管道中注入高压气体，气动控制管道下的弹性膜会向下发生弯曲，挤压弹性膜下方的液流通道，当撤去高压气体时，弹性膜回复。

动作关系说明：

结合附图1、2、4，向液流通道1101中注入细胞悬液，然后向第一气动控制管道1201中周期性充入高压流体，待单细胞捕获区域捕获了单个细胞后，撤去1201的气压，向液流通道1101中注入清洗液，将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

为了增加细胞被捕获的概率，可周期性改变液流方向，使细胞往复流经细胞捕获区与阀膜相对的管道区域。为了进一步减少捕获所需的输入细胞数量，在注入细胞时，控制第三气动控制管道1203中的气压，使其截止液体中的细胞而允许液体流过，当截留的细胞数量达到一定限量时，控制第二气动控制管道1202中气压，使其截止液体中的细胞而允许液体流过，然后反复改变液体流向，第二气动控制管道1202与第三气动控制管道1203管道间的有限量细胞即随液流，在单细胞捕获区域往复流动，配合周期性的阀膜挤压，可以获得较高的单细胞捕获机率，同时减少所需的细胞输入量。

结合附图6、7,向第三气动控制管道1203中充入一定压力流体，使液流通道1101液体能够流过而细胞被截留，向液流通道1101中注入细胞悬液，细胞便被截留在第三气动控制管道1203一侧区域，待细胞数量达到一定量时，停止注入液体，向第二气动控制管道1202中充入一定压力流体使液流通道1101中液体能够流过而细胞被截留，反复改变液流通道1101中液体流向，使细胞反复流经单细胞捕获区域1000，向气动控制管道1201中周期性充入高压流体，直至有单细胞被卡入单细胞捕获区域1000，撤去所有气动控制管道中压力，向液流通道1101中注入清洗液，将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

为提高单细胞捕获效率，减少捕获所需输入的细胞数量，另设第二气动控制管道1202、第三气动控制管道1203分别分布在第一气动控制管道1201两侧，与液流通道1101形成交叉，其中第三气动控制管道1203位于注入细胞流的前方，第二气动控制管道1202位于注入细胞流的后方，控制第二气动控制管道1202中气压，使其截止液体中的细胞而允许液体流过，然后反复改变液体流向，第二气动控制管道1202与第三气动控制管道1203间的有限量细胞即随液流，在单细胞捕获区域往复流动，配合周期性的阀膜挤压，实现单细胞捕获。

实施例4

图8、9是本发明实施例4的单细胞捕获芯片结构示意图，该芯片由三个上下层叠的结构层组成。底层是液流层110，上层是气动控制层120，两层之间有弹性膜130相隔。液流层110中有液流通道1101，宽100微米，高20微米，在液流通道1101局部区域底部有两个突起的微柱1301，直径10微米，高10微米，液流通道两端均有接口与芯片外连通，在弹性膜130局部区域向液流通道方向伸出一个突起的微柱1401，直径10微米，高10微米，与另两个微柱1301共同围成的区域即单细胞捕获区1000。气动控制层120中有第一气动控制管道1201在液流通道1101的单细胞捕获区域1000上方穿越。所有气动控制管道均与外界相连，当向气动控制管道中注入高压气体，气动控制管道下的弹性膜会向下发生弯曲，挤压弹性膜下方的液流通道，当撤去高压气体时，弹性膜回复。

结合附图8、9,向液流通道1101中注入细胞悬液，然后向气动控制管道1201中周期性充入高压流体，待单细胞捕获区域捕获了单个细胞后，撤去1201的气压，向液流通道1101中注入清洗液，将多余未捕获的细胞冲出，即可得到捕获的单细胞。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种单细胞捕获芯片，其特征在于包括:

液流层，包含液流通道，所述液流通道分别通过液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通，

弹性膜层，包括设置在所述液流通道上的弹性膜，

驱动机构，至少用以驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述液流通道的液流内单个细胞的细胞空穴。

2.根据权利要求1所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述弹性膜分布于所述液流层与驱动机构之间，使所述驱动机构与液流通道相互隔离。

3.根据权利要求1或2所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述驱动机构至少选自电致动机构、磁致动机构、光致动机构、液压驱动机构或气动机构。

4.根据权利要求1或2所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述驱动机构包括设置在弹性膜层上的气动控制层。

5.根据权利要求1所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述细胞空穴的大小与单个细胞的直径等于或者略小于单个细胞的直径。

6.根据权利要求4所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述气动控制层包括设置在弹性膜上的一条以上气动控制管道，所述气动控制层根据气动控制管道内的流体压力控制弹性膜的形变和/或位移，从而在所述弹性膜与液流层之间形成所述细胞空穴。

7.根据权利要求1、2、5或6所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述液流通道内固定连接有复数个凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴；

或者，所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有复数个凸起部，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴。

8.根据权利要求7所述的单细胞捕获芯片，其特征在于当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个凸起部之间形成所述细胞空穴。

9.根据权利要求8所述的单细胞捕获芯片，其特征在于当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈三角环形布局的三个凸起部之间形成有所述细胞空穴。

10.根据权利要求1、2、5或6所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述液流通道内固定连接有M个第一凸起部，同时所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有N个第二凸起部，当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变或位移时，所述弹性膜与液流通道之间在相邻设置的复数个第一凸起部之间和/或相邻设置的复数个第二凸起部之间和/或相邻设置的m个第一凸起部与n个第二凸起部之间形成所述细胞空穴，M、N、m、n均为正整数，并且M与N不同时等于1，m与n不同时等于1。

11.根据权利要求10所述的单细胞捕获芯片，其特征在于当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个第一凸起部之间形成有所述细胞空穴，

和/或，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的复数个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴，

和/或，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈环形布局的m个第一凸起部与n个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴。

12.根据权利要求11所述的单细胞捕获芯片，其特征在于当所述弹性膜产生趋向液流通道的形变和/或位移时，在所述弹性膜与液流通道之间于相邻设置且呈三角环形布局的一个第一凸起部与两个第二凸起部之间或两个第一凸起部与一个第二凸起部之间形成有所述细胞空穴。

13.根据权利要求7-12中任一项所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述微柱的形状至少选自圆柱形、长方体、梯台、圆锥体的任一种或者两种以上的任意组合。

14.根据权利要求1、2、5或6所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述液流通道内固定连接有一个以上具有开放式槽型结构的凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移时，其中一凸起部与所述液流通道内壁或所述弹性膜之间配合形成所述细胞空穴；

或者，所述弹性膜暴露于所述液流通道内的局部表面上固定连接有一个以上具有开放式槽型结构的凸起部，当所述弹性膜产生趋向所述液流通道的形变和/或位移时，其中一凸起部与所述液流通道内壁之间配合形成所述细胞空穴。

15.根据权利要求14所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述凸起部具有新月形横截面。

16.根据权利要求4所述的单细胞捕获芯片，其特征在于所述气动控制层还包含分布于至少一细胞空穴上、下游的辅助气动控制管道，用以驱动所述弹性膜层产生形变和/或位移，从而将流经所述液流通道的液流内的细胞截留于所述液流通道内的选定区域，同时使液流中的液体通过。