CN107653220A - 单细胞捕获转移系统及单细胞捕获转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单细胞捕获转移系统及单细胞捕获转移方法。所述单细胞捕获转移方法，包括：将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应单细胞池内；将单细胞转移芯片上的、与盛装有选定单细胞的选定单细胞池配合的微阀关闭，使包含所述选定单细胞池的液流层的局部区域与液流层的其余区域隔离，形成一单细胞分隔单元；将单细胞分隔单元从单细胞转移芯片中分割出，并至少将与选定单细胞池的载流入口、出口均封堵，使所述单细胞池与外界隔离。本发明还公开了一种单细胞捕获转移系统。利用本发明可以高效快速的完成单细胞的捕获和转移，并无需进行二次转移，可以有效避免单细胞转移过程中的污染和难以寻找确认的问题。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种单细胞捕获转移系统及单细胞捕获转移方法，属于微流控技术领域。
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。例如，CN105441309A等文献均公开了单细胞捕获芯片，通过该芯片能够从含有细胞的液流中捕获得到多个单细胞，但是其在将单细胞转出过程中，在芯片接口和管壁易粘附细胞，并且将捕获的单细胞导出到宏观体系中后难以寻找确认。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种单细胞捕获转移系统及单细胞捕获转移方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种单细胞捕获转移方法，其包括：
将可切割的单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通；
将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应单细胞池内；
将单细胞转移芯片上的、与盛装有选定单细胞的选定单细胞池配合的微阀关闭，使包含所述选定单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域隔离，形成一单细胞分隔单元；
将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中分割出，并至少将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，使所述单细胞池与外界隔离。
本发明实施例还提供了一种单细胞捕获转移系统，其包括可切割的单细胞转移芯片，所述单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通；并且所述单细胞转移芯片包括：
液流层，其包括一条以上载流通道，每一载流通道均通过载流通道入口及载流通道出口与芯片外部连通，并且其中至少一条载流通道上还设置有单细胞池，所述单细胞池用以捕获流经所述载流通道的载流内的单细胞；
微阀，其至少用于使包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域连通或隔离；以及
切割标记，其设置于所述包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域周围，并至少用于标识出所述单细胞分隔单元。
与现有技术相比，本发明提供的单细胞捕获转移系统结构简单，在应用时只需将包含单细胞的载流分别注入各载流通道内，并使其沿载流通道流动，继而被各载流通道上的单细胞池捕获，之后通过将包含有捕获单细胞的单细胞池的单细胞转移芯片的局部区域从芯片上分割出，再进行封装，即可方便的完成单细胞捕获和转移，可以避免在捕获单细胞的转移过程中的细胞污染和难以寻找确认的问题。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中一种单细胞转移芯片的结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中一种单细胞转移芯片的局部结构放大图；.
图3是本发明一典型实施案例中一种单细胞池的结构示意图；
图4是本发明一典型实施案例中一种单细胞分隔单元的结构示意图；
图5是本发明一典型实施案例中一种单细胞捕获转移系统的结构示意图；
图6是本发明一典型实施案例中一种单细胞捕获、封装的流程示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种单细胞捕获转移方法，其包括：
将可切割的单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通；
将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应单细胞池内；
将单细胞转移芯片上的、与盛装有选定单细胞的选定单细胞池配合的微阀关闭，使包含所述选定单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域隔离，形成一单细胞分隔单元；
将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中分割出，并至少将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，使所述单细胞池与外界隔离。
进一步地，所述的单细胞捕获转移方法具体包括：向单细胞捕获芯片内注入载液，从而将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应载流通道内，进而使单细胞被相应载流通道内的相应单细胞池捕获。
进一步地，所述的单细胞捕获转移方法还可包括：在将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中切割出之后，至少采用石蜡和/或环氧胶等封口胶将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，从而使所述单细胞池与外界隔离。
进一步地，所述的单细胞捕获转移方法还可包括：将被封装于所述单细胞分隔单元中的单细胞释放至设定环境中。
优选的，所述的单细胞捕获转移方法可包括：通过将所述单细胞分隔单元拆解，并使其中的单细胞池暴露在设定环境中，从而使其中封装的单细胞被释放。
本发明实施例还提供了一种单细胞捕获转移系统，其包括可切割的单细胞转移芯片，所述单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通。
在一些实施方式中，前述的单细胞转移芯片可以包括：
液流层(亦可称为载流层)，其包括一条以上载流通道，每一载流通道均通过载流通道入口及载流通道出口与芯片外部连通，并且其中至少一条载流通道上还设置有单细胞池，所述单细胞池用以捕获流经所述载流通道的载流内的单细胞；
微阀，其至少用于使包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域连通或隔离；以及
切割标记，其设置于所述包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域周围，并至少用于标识出所述单细胞转移芯片上的各单细胞分隔单元。
在一些实施方案中，所述单细胞转移芯片还包括设置在所述载流通道上的弹性膜，所述微阀包括设置在弹性膜上的一条以上气动通道，当向所述气动通道内输入具有设定压力的流体时，所述气动通道能够驱使所述弹性膜的局部区域挤压载流通道，从而在所述载流通道内的选定位置阻断载流。
进一步地，所述单细胞池内分布有微筛，所述微筛用以截留流经所述单细胞池的载流内的单个细胞，所述微筛包括间隔设置的复数个微柱。
更进一步地，其中与单细胞池内壁邻近的微柱与单细胞池内壁之间和/或相邻两个微柱之间形成有能够阻滞载流中的单个细胞通过的间隙。这些间隙优选为微米级的。
进一步地，所述微柱的形状选自圆柱形、长方形、梯台、圆锥体等规则或不规则形状中的任意一个种或者两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，每一条载流通道上均设置有一个单细胞池。
更进一步的，所述单细胞转移芯片的每一条载流通道的载流通道入口均与单细胞捕获芯片上的相应一个液流通道出口连通。
进一步地，所述切割标记包括横向切割标记和纵向切割标记，所述纵向切割标记分布于相邻两个单细胞池之间，所述横向切割标记包括横向切割线，所述横向切割线与载流通道交叉。
在一些实施方案中，前述的单细胞转移芯片还可以包括基底层，其中液流层可以形成在基底层上，且液流层可以与基底层剥离。在使用时，可以通过将载流层与基底层剥离拆解的方式，使其中的单细胞池暴露出来，从而使其中封装的单细胞被释放。
进一步地，所述单细胞转移芯片可以与单细胞捕获芯片集成设置。
更进一步的，在本发明的一些实施方案中，一种单细胞捕获转移系统可以具有集成芯片结构，并包括一个以上单细胞捕获芯片模块和一个以上可切割的单细胞转移芯片模块，其中每一单细胞捕获芯片模块可以与一个或多个单细胞转移芯片模块配合，或者每一单细胞转移芯片模块可以与一个或多个单细胞捕获芯片模块配合。
其中，所述单细胞捕获芯片模块的基础结构与前述单细胞捕获芯片的基础结构相同。
其中，所述单细胞转移芯片模块的基础结构与前述单细胞转移芯片的基础结构相同。
其中，所述单细胞捕获芯片可以采用如CN105441309A、CN105441308A、CN105441307A等记载的单细胞捕获芯片。
更进一步的，本发明的单细胞捕获芯片、单细胞捕获芯片模块、单细胞转移芯片、单细胞转移芯片模块等可以采用MEMS技术等制造，并可以采用无机或有机材质的。
为了使单细胞转移芯片易于被切割，优选采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)等易切割、易拆解的材质制成所述单细胞转移芯片的主体结构。
如下将结合实施例及附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
在本发明的一个实施例中，一种单细胞捕获转移系统包括可切割的单细胞转移芯片，请参阅图1-图2所示，所述单细胞转移芯片包括：
液流层，其包括若干载流通道1，每一载流通道均通过载流通道入口12及载流通道出口13与芯片外部连通，并且每一载流通道1上还设置有一个单细胞池11，所述单细胞池用以捕获流经所述载流通道的载流内的单细胞，每一载流通道内里面有且只有一个细胞，随通道内液流定向流动；
微阀，其用于使包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域连通或隔离；以及
切割标记，其设置于所述包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域周围，并至少用于标识出所述单细胞分隔单元。
进一步地，所述单细胞转移芯片中的每一载流通道的载流通道入口均与单细胞捕获芯片的相应液流通道出口连通(其中未示出)；而各载流通道的载流通道出口可均与所述单细胞转移芯片上的一载液出口连通。
进一步地，所述单细胞转移芯片还包括设置在所述载流通道上的弹性膜(图中未示出)，所述微阀包括设置在弹性膜上的若干气动通道2，当向所述气动通道内输入具有设定压力的流体时，所述气动通道能够驱使所述弹性膜的局部区域挤压载流通道，从而在所述载流通道内的选定位置阻断载流。
进一步地，所述切割标记包括横向切割标记和纵向切割标记4，所述纵向切割标记分布于相邻两个单细胞池之间，所述横向切割标记包括横向切割线3，所述横向切割线与载流通道交叉。
进一步地，请参阅图3所示，所述单细胞池11内分布有微筛110，所述微筛用以截留流经所述单细胞池的载流内的单个细胞，所述微筛包括间隔设置的复数个微柱。
更进一步地，其中与单细胞池内壁邻近的微柱与单细胞池内壁之间和/或相邻两个微柱之间形成有能够阻滞载流中的单个细胞通过的间隙，这些间隙优选为微米级的。
进一步地，所述微柱的形状选自圆柱形、长方形、梯台、圆锥体等规则或不规则形状中的任意一个种或者两种以上的组合，但不限于此。
藉由前述单细胞捕获转移系统进行单细胞捕获转移的方法可以包括：
将所述单细胞转移芯片的各载流通道入口与单细胞捕获芯片的相应液流通道出口连通；
向单细胞捕获芯片的液流通道内注入载液，使其中捕获的单细胞随载液转移入单细胞转移芯片的的相应载流通道内，进而使单细胞被相应载流通道内的相应单细胞池捕获；
将单细胞转移芯片上的、与盛装有选定单细胞的选定单细胞池配合的微阀关闭，使包含所述选定单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域隔离，形成一单细胞分隔单元；
将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中分割出，并至少将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，使所述单细胞池与外界隔离。
其中，请参阅图4所示，在将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中切割出之后，可以采用石蜡和/或环氧胶等封口胶6将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，从而使所述单细胞池与外界隔离。
进一步地，还可以通过将所述单细胞分隔单元拆解(例如将液流层从基底层上剥离)，并使其中的单细胞池暴露在设定环境(例如适合培养所述单细胞的环境或对单细胞的性单细胞分隔单元状进行测试所需的环境)中，从而使其中封装的单细胞被释放。
在一些优选的实施例中，前述的单细胞转移芯片可以与单细胞捕获芯片集成设置。例如，请参阅图5所示，可以将一个单细胞捕获芯片和多个单细胞转移芯片集成设置在一个集成芯片中，从而形成一个集成的单细胞捕获转移系统。即，所述单细胞捕获芯片和单细胞转移芯片均作为集成芯片的功能模块。其中，单细胞转移芯片中的每一载流通道的载流通道入口均与单细胞捕获芯片的相应液流通道出口连通，而各载流通道的载流通道出口可均与所述单细胞转移芯片上的一载液出口连通。
在应用该单细胞捕获转移系统进行单细胞的捕捉和转移时，请参阅图6所示，可以将包含多个细胞的细胞悬液输入该集成芯片的单细胞捕获芯片进行单细胞的捕获，之后将捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片，再依照上文所述的方式进行单细胞的封装、转移。这个过程可以在一个集成芯片上迅速完成，高效快捷，且对样品的损耗小。继而，在需要对转移的单细胞进行培养、测试时，可以将分割出的单细胞分隔单元拆解(其中示意性的示出了液流层和基底层，而未标识出气动通道等)，使其中的单细胞池暴露在外，进而通过诸如冲洗等方式，可以将其中的单细胞转移到所需的培养或测试环境中。
通过本发明的单细胞捕获转移方法及系统，可以高效快速的完成单细胞的捕获和转移，并无需进行二次转移，可以有效避免在捕获单细胞后的转移过程中的细胞污染和难以寻找确认的问题。
应当理解，上述实施例仅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士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作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单细胞捕获转移方法，其特征在于包括：
将可切割的单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通；
将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应单细胞池内；
将单细胞转移芯片上的、与盛装有选定单细胞的选定单细胞池配合的微阀关闭，使包含所述选定单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域隔离，形成一单细胞分隔单元；
将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中分割出，并至少将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，使所述单细胞池与外界隔离。
2.根据权利要求1所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于，所述单细胞转移芯片包括：
液流层，其包括一条以上载流通道，每一载流通道均通过载流通道入口及载流通道出口与芯片外部连通，并且其中至少一条载流通道上还设置有单细胞池，所述单细胞池用以捕获流经所述载流通道的载流内的单细胞；
微阀，其至少用于使包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域连通或隔离；以及
切割标记，其设置于所述包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域周围，并至少用于标识出所述单细胞分隔单元。
3.根据权利要求2所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于，所述单细胞转移芯片还包括设置在所述载流通道上的弹性膜，所述微阀包括设置在弹性膜上的一条以上气动通道，当向所述气动通道内输入具有设定压力的流体时，所述气动通道能够驱使所述弹性膜的局部区域挤压载流通道，从而在所述载流通道内的选定位置阻断载流。
4.根据权利要求2所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于，所述单细胞池内分布有微筛，所述微筛用以截留流经所述单细胞池的载流内的单个细胞，所述微筛包括间隔设置的复数个微柱；和/或，所述切割标记包括横向切割标记和纵向切割标记，所述纵向切割标记分布于相邻两个单细胞池之间，所述横向切割标记包括横向切割线，所述横向切割线与载流通道交叉。
5.根据权利要求1-4中任意一个项所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于包括：向单细胞捕获芯片内注入载液，从而将单细胞捕获芯片捕获的单细胞转移入单细胞转移芯片的相应载流通道内，进而使单细胞被相应载流通道内的相应单细胞池捕获。
6.根据权利要求1所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于包括：在将所述单细胞分隔单元从所述单细胞转移芯片中切割出之后，至少采用石蜡和/或环氧胶将与所述选定单细胞池的载流入口、载流出口均封堵，从而使所述单细胞池与外界隔离。
7.根据权利要求2或3所述的单细胞捕获转移方法，其特征在于还包括：将被封装于所述单细胞分隔单元中的单细胞释放至设定环境中；优选的，通过将所述单细胞分隔单元拆解，并使其中的单细胞池暴露在设定环境中，从而使其中封装的单细胞被释放。
8.一种单细胞捕获转移系统，其特征在于包括可切割的单细胞转移芯片，所述单细胞转移芯片的载流通道入口与单细胞捕获芯片的液流通道出口连通；并且所述单细胞转移芯片包括：
液流层，其包括一条以上载流通道，每一载流通道均通过载流通道入口及载流通道出口与芯片外部连通，并且其中至少一条载流通道上还设置有单细胞池，所述单细胞池用以捕获流经所述载流通道的载流内的单细胞；
微阀，其至少用于使包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域与所述液流层的其余区域连通或隔离；以及
切割标记，其设置于所述包含任意一个单细胞池的液流层的局部区域周围，并至少用于标识出所述单细胞转移芯片上的各单细胞分隔单元。
9.根据权利要求8所述的单细胞捕获转移系统，其特征在于，所述单细胞转移芯片还包括设置在所述载流通道上的弹性膜，所述微阀包括设置在弹性膜上的一条以上气动通道，当向所述气动通道内输入具有设定压力的流体时，所述气动通道能够驱使所述弹性膜的局部区域挤压载流通道，从而在所述载流通道内的选定位置阻断载流。
10.根据权利要求8所述的单细胞捕获转移系统，其特征在于，所述单细胞池内分布有微筛，所述微筛用以截留流经所述单细胞池的载流内的单个细胞，所述微筛包括间隔设置的复数个微柱；和/或，所述切割标记包括横向切割标记和纵向切割标记，所述纵向切割标记分布于相邻两个单细胞池之间，所述横向切割标记包括横向切割线，所述横向切割线与载流通道交叉；和/或，所述单细胞转移芯片与单细胞捕获芯片集成设置。
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2017
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Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ALESSANDRO ZAMBON ET.AL.: "Determination of glucose flux in live myoblasts by microfluidic nanosensing and mathematical modeling", INTEGR BIOL (CAMB), vol. 6, no. 3, pages 277 - 288 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN107653220B (zh) | 2024-02-23 |
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