CN109735429B - 微流控芯片及分离多种细胞的系统及其分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流控芯片，包括基片和盖片，基片表面一端依次设有鞘液入口及细胞悬浮液入口，基片表面中部相对设有两个连续相油入口，基片表面另一端设有五个液滴出口，鞘液入口及细胞悬浮液入口上均连接有微通道，两个连续相油入口连接的微通道与并联通道形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道呈辐射状分成五条分离通道分别与五个液滴出口相连接，十字交叉端与五条分离通道的汇聚端之间连接的微通道上设有液滴观察区；五条分离通道的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极。本发明还提供一种使用所述微流控芯片的分离多种细胞的系统及其分离方法。本发明能提高细胞分选效率和降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片及分离多种细胞的系统及其分离方法。
背景技术
对于细胞分选和分析方面，流式细胞仪扮演了一个重要角色。它是目前最为广泛利用的细胞识别及分离的手段，但是其价格昂贵。激光光镊分选细胞的分离通量较低且系统平台搭建成本也十分高昂。从单细胞层面研究细胞生物过程有着重要的意义，能够从本质上揭示癌症发病机制，理解小分化与组织发育原理，识别基因表达特性与细胞特征。因此，有效且成本低廉从血液当中区分不同细胞已成为了一个热门的研究方向。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提供一种微流控芯片，以提高细胞分选效率和降低成本。
本发明涉及的技术解决方案：
一种微流控芯片，包括基片和盖片，基片表面一端依次设有鞘液入口及细胞悬浮液入口，基片表面中部相对设有两个连续相油入口，基片表面另一端设有五个液滴出口，鞘液入口及细胞悬浮液入口上均连接有微通道，从鞘液入口连接出的微通道分成两条支路并联至细胞悬浮液入口的微通道的两侧，鞘液入口的微通道与细胞悬浮液入口的微通道合并形成并联通道，两个连续相油入口连接的微通道与并联通道形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道呈辐射状分成五条分离通道分别与五个液滴出口相连接，十字交叉端与五条分离通道的汇聚端之间连接的微通道上设有液滴观察区，液滴观察区的微通道形成多通道结构；五条分离通道的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极，基片上设有微通道的表面与盖片键合形成所述微流控芯片。
进一步地，所述微通道的宽度为80至380微米。
进一步地，所述微通道的深度为80至100微米。
进一步地，所述基板采用PDMA、PDMS、COC、亚克力板或者PMMA，所述盖片采用玻璃、PDMS、PMMA或PC。
进一步地，所述分离微电极呈V形结构，V形结构的两个伸出端形成有电连接点。
一种分离多种细胞的系统，使用所述的微流控芯片，该系统包括四个注射泵、荧光检测器、电脑及可编程直流电源，四个注射泵分别与鞘液入口、细胞悬浮液入口及两个连续相油入口连接，以向对应入口注射对应液体，荧光检测器及可编程直流电源分别与电脑电性连接，荧光检测器用于采集液滴的荧光信号并传送给电脑，电脑通过将对接收信号与设定的信号进行比对，判断液滴包裹的细胞的种类；可编程直流电源与两个分离微电极电性连接，可编程直流电源针对五种细胞有五个不同的工作模式输出五种脉冲电压，以分离多种细胞；电脑与每一注射泵电性连接，电脑设有预定程序以控制每一注射泵的注射速度。
进一步地，所述荧光检测器包括显微镜以及连接于显微镜上的CCD摄像头。
进一步地，每一液滴出口连接有细胞收集器。
进一步地，所述鞘液入口、细胞悬浮液入口、每一连续相油入口及每一液滴出口均连接有毛细玻璃管和微管。
一种分离方法，使用所述的分离多种细胞的系统，把2×106细胞放置在1mLPBS缓冲液并进行荧光染色，然后，将其以1：1比例和2％的海藻酸钠溶液充分混合，用注射泵从细胞悬浮液入口进样；同时，1％海藻酸钠溶液从鞘液入口进样；油相从两个连续相油入口进液，通过油相的剪切作用形成100μm的油包水液滴；在微流控芯片的液滴观察区，液滴会减速并通过荧光检测器激发荧光，荧光信号传送到电脑进行信号分析；电脑会把处理好的信号发送到可编程直流电源；可编程直流电源依据信号输出合适波形的脉冲信号，使包裹细胞的液滴的运动状态发生改变，从而使分选好的液滴从微流控芯片的液滴出口排出。
本发明微流控芯片采用“十字交叉型”液滴生成结构实现细胞的包裹并利用鞘液聚焦的方法使细胞有序的排列，从而提高单颗包裹的成功率；此外，本发明分离多种细胞的系统有效利用液滴自充电的现象，实现对包裹细胞的液滴分选，最终达到分选多细胞的目的；此外，本发明提供了一套简单可行且适用于多种细胞的分选系统，同时，其具有效率高、耗时短、成本低廉、无污染、适用范围广等优点。
附图说明
图1为本发明微流控芯片的流道结构示意图；
图2为分离多种细胞的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护范围。
请参阅图1，本发明提供一种微流控芯片，包括基片和盖片，基片表面一端依次设有鞘液入口11及细胞悬浮液入口12，基片表面中部相对设有两个连续相油入口13，基片表面另一端设有五个液滴出口14，鞘液入口11及细胞悬浮液入口12上均连接有微通道15，从鞘液入口11连接出的微通道15分成两条支路并联至细胞悬浮液入口12的微通道15的两侧，鞘液入口11的微通道15与细胞悬浮液入口12的微通道15合并形成并联通道16，两个连续相油入口13连接的微通道15与并联通道16形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道15呈辐射状分成五条分离通道17分别与五个液滴出口14相连接，十字交叉端与五条分离通道17的汇聚端之间连接的微通道15上设有液滴观察区18，液滴观察区18的微通道15形成多通道结构，以降低生成液滴的速度，使不同的细胞在液滴观察区18形成差速流动，保证不同大小的细胞可以初步分离；五条分离通道17的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极19，以供液滴内的五种细胞在电压作用下偏转进入对应分离通道17；基片上设有微通道15的表面与盖片键合形成微流控芯片。
微通道15的宽度为80至380微米，深度为80至100微米。
基板1可采用PDMA、PDMS、COC、亚克力板或者PMMA，盖片可采用玻璃、PDMS、PMMA或PC。本实施例中的基板1采用PDMA，盖片采用玻璃。
分离微电极19呈V形结构，V形结构的两个伸出端形成有电连接点，以提供稳定的电连接。
请参阅图2，本发明还提供一种应用上述微流控芯片的分离多种细胞的系统，该系统包括四个注射泵3、荧光检测器4、电脑5及可编程直流电源6，四个注射泵3分别与鞘液入口11、细胞悬浮液入口12及两个连续相油入口13连接，以向对应入口注射对应液体，荧光检测器4及可编程直流电源6分别与电脑5电性连接，荧光检测器4用于采集液滴的荧光信号并传送给电脑5，电脑5通过将对接收信号与设定的信号进行比对，判断液滴包裹的细胞的种类；可编程直流电源6与两个分离微电极19电性连接，可编程直流电源6针对五种细胞有五个不同的工作模式输出五种脉冲电压，以分离多种细胞；电脑5与每一注射泵3电性连接，电脑5设有预定程序以控制每一注射泵3的注射速度。
本领域技术人员应当理解，荧光检测器4包括显微镜以及连接于显微镜上的CCD摄像头。
该系统还包括与每一液滴出口14相连接的细胞收集器7，以供收集分离出来的细胞。
鞘液入口11、细胞悬浮液入口12、每一连续相油入口13及每一液滴出口14均连接有毛细玻璃管和微管并用AB胶进行固定，以供连接注射泵3与细胞收集器7。
使用时，把2×106细胞放置在1mLPBS缓冲液并进行荧光染色，然后，将其以1：1比例和2％的海藻酸钠溶液充分混合，用注射泵3以3μl/h从细胞悬浮液入口12进样；同时，1％海藻酸钠溶液以8μl/h从鞘液入口11进样；油相以190μl/h从两个连续相油入口13进液，通过油相的剪切作用形成100μm的油包水液滴；在微流控芯片的液滴观察区18，液滴会减速并通过荧光检测器4激发荧光，荧光信号传送到电脑5进行信号分析；电脑5会把处理好的信号发送到可编程直流电源6；可编程直流电源6依据信号输出合适波形的脉冲信号，使包裹细胞的液滴的运动状态发生改变，从而使分选好的液滴从微流控芯片的液滴出口14排出并进入细胞收集器7。
本发明微流控芯片采用“十字交叉型”液滴生成结构实现细胞的包裹并利用鞘液聚焦的方法使细胞有序的排列，从而提高单颗包裹的成功率；此外，本发明分离多种细胞的系统有效利用液滴自充电的现象，实现对包裹细胞的液滴分选，最终达到分选多细胞的目的；此外，本发明提供了一套简单可行且适用于多种细胞的分选系统，同时，其具有效率高、耗时短、成本低廉、无污染、适用范围广等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，包括基片和盖片，其特征在于，基片表面一端依次设有鞘液入口(11)及细胞悬浮液入口(12)，基片表面中部相对设有两个连续相油入口(13)，基片表面另一端设有五个液滴出口(14)，鞘液入口(11)及细胞悬浮液入口(12)上均连接有微通道，从鞘液入口(11)连接出的微通道分成两条支路并联至细胞悬浮液入口(12)的微通道的两侧，鞘液入口(11)的微通道与细胞悬浮液入口(12)的微通道合并形成并联通道(16)，两个连续相油入口(13)连接的微通道与并联通道(16)形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道呈辐射状分成五条分离通道(17)分别与五个液滴出口(14)相连接，十字交叉端与五条分离通道(17)的汇聚端之间连接的微通道上设有液滴观察区(18)，液滴观察区(18)的微通道形成多通道结构，以降低生成液滴的速度，使不同的细胞在液滴观察区(18)形成差速流动，保证不同大小的细胞可以初步分离；五条分离通道(17)的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极(19)，基片上设有微通道的表面与盖片键合形成所述微流控芯片。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微通道的宽度为80至380微米。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微通道的深度为80至100微米。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述基片采用PDMA、PDMS 、COC、亚克力板或者 PMMA，所述盖片采用玻璃、PDMS、PMMA或PC。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离微电极(19)呈V形结构，V形结构的两个伸出端形成有电连接点。
6.一种分离多种细胞的系统，其特征在于，使用如权利要求1至5任一项所述的微流控芯片，该系统包括四个注射泵(3)、荧光检测器(4)、电脑(5)及可编程直流电源(6)，四个注射泵(3)分别与鞘液入口(11)、细胞悬浮液入口(12)及两个连续相油入口(13)连接，以向对应入口注射对应液体，荧光检测器(4)及可编程直流电源(6)分别与电脑(5)电性连接，荧光检测器(4)用于采集液滴的荧光信号并传送给电脑(5)，电脑(5)通过将对接收信号与设定的信号进行比对，判断液滴包裹的细胞的种类；可编程直流电源(6)与两个分离微电极(19)电性连接，可编程直流电源(6)针对五种细胞有五个不同的工作模式输出五种脉冲电压，以分离多种细胞；电脑(5)与每一注射泵(3)电性连接，电脑(5)设有预定程序以控制每一注射泵(3)的注射速度。
7.根据权利要求6所述的分离多种细胞的系统，其特征在于，所述荧光检测器(4)包括显微镜以及连接于显微镜上的CCD摄像头。
8.根据权利要求6所述的分离多种细胞的系统，其特征在于，每一液滴出口(14)连接有细胞收集器(7)。
9.根据权利要求6所述的分离多种细胞的系统，其特征在于，所述鞘液入口(11)、细胞悬浮液入口(12)、每一连续相油入口(13)及每一液滴出口(14)均连接有毛细玻璃管和微管。
10.一种分离方法，其特征在于，使用权利要求6至9任一项所述的分离多种细胞的系统，把2×106细胞放置在1mLPBS缓冲液并进行荧光染色，然后，将其以1：1比例和2%的海藻酸钠溶液充分混合，用注射泵(3)从细胞悬浮液入口(12)进样；同时，1%海藻酸钠溶液从鞘液入口(11)进样；油相从两个连续相油入口(13)进液，通过油相的剪切作用形成100μm的油包水液滴；在微流控芯片的液滴观察区(18)，液滴会减速并通过荧光检测器(4)激发荧光，荧光信号传送到电脑(5)进行信号分析；电脑(5)会把处理好的信号发送到可编程直流电源(6)；可编程直流电源(6)依据信号输出合适波形的脉冲信号，使包裹细胞的液滴的运动状态发生改变，从而使分选好的液滴从微流控芯片的液滴出口(14)排出。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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