CN110951834A

CN110951834A - 一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法及其应用

Info

Publication number: CN110951834A
Application number: CN201911264542.9A
Authority: CN
Inventors: 黄玉清; 陈艳
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明实施例提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，包括：提供一微流控芯片，对所述微流控芯片。进行包被处理后，通入适量细胞悬液，以将所述细胞悬液中的细胞捕获在所述微流控芯片表面；依次向所述微流控芯片内通入低渗液和固定液对所述细胞进行低渗处理和固定，然后加入荧光探针，对所述细胞进行荧光原位杂交，经洗涤后，储存或进行阅片步骤。该细胞荧光原位杂交方法具有操作步骤简单，试剂消耗量少，成本低，荧光背景低的优点。本发明还提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法的应用。

Description

一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法及其应用

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，特别是涉及基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法及其应用。

背景技术

荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization，FISH)是20世纪80年代末在放射性原位杂交技术基础上发展起来的一种非放射性分子生物学和细胞遗传学结合的新技术，是以荧光标记取代同位素标记而形成的一种新的原位杂交方法。

目前，对细胞进行荧光原位杂交主要是在载玻片上进行，将细胞固定在载玻片后再进行杂交、洗涤、阅片等操作。该荧光原位杂交的方法中，荧光原位杂交方法试剂消耗量大，操作步骤复杂，不易实现自动化操作且荧光背景较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法及其应用；该细胞荧光原位杂交方法具有操作步骤简单，试剂消耗量少，成本低，荧光背景低的优点。本发明还提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法的应用。

第一方面，本发明提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，包括：

提供一微流控芯片，对所述微流控芯片进行包被处理后，通入适量细胞悬液，以将所述细胞悬液中的细胞捕获在所述微流控芯片表面；

依次向所述微流控芯片内通入低渗液和固定液对所述细胞进行低渗处理和固定，然后加入荧光探针，对所述细胞进行荧光原位杂交，经洗涤后，储存或进行阅片步骤。

可选地，所述微流控芯片包括芯片基板，所述芯片基板的中央设有一细胞捕获孔和分别设有在所述细胞捕获孔两侧的至少一个进样孔和至少一个出样孔，其中，所述进样孔与所述细胞捕获孔之间设有第一流道，所述细胞捕获孔与所述出样孔之间设有第二流道，所述细胞悬液中的所述细胞固定在所述细胞捕获孔的底部表面。

可选地，所述加入荧光探针，对所述细胞进行荧光原位杂交的具体过程包括：依次采用不同浓度梯度的乙醇通入所述微流控芯片，然后通入含有荧光探针的杂交液，经70-75℃变性10-20min后，于40-45℃下过夜杂交。

本发明中，所述荧光探针能够实现对细胞染色体、间期细胞核和DNA纤维上进行DNA序列定位。可选地，所述荧光探针可以但不限于为染色体探针。

可选地，所述不同浓度梯度的乙醇包括体积浓度为70％、90％和100％的乙醇。

可选地，所述低渗液包括体积比为1:(0.5-2)的氯化钾和柠檬酸钠的混合液；所述低渗处理的时间为5-20min

本发明一实施方式中，所述低渗液包括体积比为1:1的0.4％氯化钾和0.8％柠檬酸钠的混合液。

可选地，所述固定液包括体积比为3:(0.5-1.2)的乙醇和冰醋酸的混合液；所述固定液通入所述微流控芯片内的时间为5-20min。

本发明一实施方式中，所述固定液包括体积比为3:1的乙醇和冰醋酸的混合液。

可选地，所述包被处理包括采用多聚赖氨酸对所述微流控芯片进行包被。

可选地，所述细胞包括肿瘤细胞和胎儿有核红细胞中的一种或两种。其中，所述肿瘤细胞可以但不限于包括循环肿瘤细胞。所述肿瘤细胞还可以为卵巢癌细胞、乳腺癌细胞、肺癌细胞、胃癌细胞、结肠癌细胞、肝癌细胞、胰腺癌细胞和前列腺癌细胞中的一种或多种。

可选地，所述经洗涤后，送入检测之前还包括将所述细胞的细胞器进行标记处理，所述细胞器包括细胞核、高尔基体、线粒体和内质网中的一种或多种。所述标记处理可以但不限于通过荧光染料染色处理。

本发明一实施方式中，送入检测之前还包括将所述细胞的细胞核进行染色处理，包括将细胞核染料(例如DAPI)稀释液通入微流控芯片内，室温避光处理约15min，然后使用缓冲液洗涤后，备用或转移至荧光显微镜下观察成像结果。

本发明第一方面所述的基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，采用微流控芯片作为载体，能够大量节约整个工艺中的试剂消耗，节约成本；同时，所述细胞荧光原位杂交方法操作简单，具有较好的荧光原位杂交效果，能够方便快捷地对细胞样本进行细胞荧光原位杂交，得到样品荧光背景低，能进一步提高分析检测灵敏度。

所述基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法能够快捷、简易、低成本和低门槛的细胞实现荧光原位杂交，可以大大简化传统在载玻片上进行细胞荧光原位杂交中存在的繁琐复杂的操作步骤；所述细胞荧光原位杂交方法可以实现半自动化，甚至全自动化的细胞荧光原位杂交工艺，相比于传统在载玻片上的操作，可以极大地提高细胞荧光原位杂交过程的效率，解放大量的劳动力。

第二方面，本发明还提供了一种细胞荧光原位杂交检测芯片，所述细胞荧光原位杂交检测芯片按照如本发明第一方面所述的细胞荧光原位杂交方法制备得到。

一实施方式中，本发明还提供了一种细胞荧光原位杂交检测芯片，其特征在于，包括微流控芯片和固定在所述微流控芯片上，且经荧光原位杂交后的细胞；其中，所述微流控芯片包括芯片基板，所述芯片基板的中央设有一细胞捕获孔和分别设有在所述细胞捕获孔两侧的至少一个进样孔和至少一个出样孔，所述进样孔与所述细胞捕获孔之间设有第一流道，所述细胞捕获孔与所述出样孔之间设有第二流道，所述细胞固定在所述细胞捕获孔的底部表面。

本发明第二方面所述细胞荧光原位杂交检测芯片的荧光背景低，分析检测灵敏度高，可以分别对应多种类型细胞。例如，所述细胞荧光原位杂交检测芯片可以为循环肿瘤细胞荧光原位杂交检测芯片，也可以为肺癌细胞荧光原位杂交检测芯片，或是胎儿有核红细胞荧光原位杂交检测芯片。所述细胞荧光原位杂交检测芯片具有成本低、荧光背景低和分析检测灵敏度高的特点，其结果可广泛用于细胞遗传学、产前诊肿瘤生物学和基因定位等方面的研究。

本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法的工艺流程图；

图2为本发明一实施例提供的微流控芯片100的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的20倍镜下的A549细胞的CEP8-FITC荧光原位杂交结果的荧光成像图。

具体实施方式

以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请中“第一”、“第二”等术语仅用于对象的区分，并不是指特定的顺序。

若无特别说明，本发明实施例所采用的原料及其它化学试剂皆为市售商品。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，包括：

S01、提供一微流控芯片，对所述微流控芯片进行包被处理后，通入适量细胞悬液，以将所述细胞悬液中的细胞捕获在所述微流控芯片表面；

S02、依次向所述微流控芯片内通入低渗液和固定液对所述细胞进行低渗处理和固定，然后加入荧光探针，对所述细胞进行荧光原位杂交，经洗涤后，储存或进行阅片步骤。

具体地，所述S01步骤中，所述微流控芯片包括芯片基板，所述芯片基板的中央设有一细胞捕获孔和分别设有在所述细胞捕获孔两侧的至少一个进样孔和至少一个出样孔，其中，所述进样孔与所述细胞捕获孔之间设有第一流道，所述细胞捕获孔与所述出样孔之间设有第二流道，所述细胞悬液中的所述细胞固定在所述细胞捕获孔的底部表面。

可选地，所述微流控芯片的制备方法包括：

提供一图案化的硬质模板和流道层基板，结合压印技术，对流道层基板进行压印、打孔和清洗后，以在所述流道层基板上形成细胞捕获孔、至少一个进样孔、至少一个出样孔、第一流道和第二流道的图案结构；

提供封闭层基板，将所述封闭层基板和所述经压印、打孔和清洗后的所述流道层基板对准贴合以及热压封接处理后，得到微流控芯片。

可选地，所述流道层基板和所述封闭层基板的材质包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和玻璃中的一种或多种。

可选地，所述微流控芯片可以但不限于由封闭层和流道层组成，其中，所述封闭层基板形成所述微流控芯片的封闭层；所述经压印、打孔和清洗后的所述流道层基板形成所述微流控芯片的流道层。

本发明实施方式中，所述第一流道和所述第二流道的截面宽度为微米级，其中，所述第一流道的截面宽度是略大于细胞的直径，能够允许单个细胞顺畅通过。

可选地，所述图案结构可以但不限于采用如电子束刻蚀法、光刻法或湿法刻蚀法实现。本发明实施方式提供的微流控芯片还可以采用其他制备方法制备得到，本实施方式中不做过多限定。

本发明实施方式中，所述包被处理包括采用多聚赖氨酸对所述微流控芯片进行包被。一实施方式中，采用浓度为0.1％多聚赖氨酸溶液从进样孔进入至所述微流控芯片内，然后进入至细胞捕获孔，并从所述出样孔流出，所述细胞捕获孔的底部表面能被多聚赖氨酸良好地包被。其中，所述多聚赖氨酸溶液可以通过第一缓冲剂进行稀释；所述第一缓冲剂包括磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液和Tris-HCl缓冲液中的一种或多种。

本发明实施方式中，当细胞悬液通过经包被后的所述微流控芯片后，细胞能被捕获至所述细胞捕获孔的底部表面。本发明采用微流控芯片进行细胞捕获的过程，一方面可以仅使用极少量的溶剂就能完成上述任务，大大减少溶剂损耗；另一方面可以让细胞更好地被捕获，并使细胞尽可能地平铺在所述细胞捕获孔的底部表面，有利于防止细胞出现大量堆叠的现象，造成后续成像效果差，荧光背景高。

本发明实施方式中，所述细胞血液可以但不限于由培养的细胞系经消化、重悬、稀释至一定浓度得到。然后通过移液器或将所述细胞悬液注入至所述微流控芯片。

具体地，所述S02步骤中，所述低渗液包括体积比为1:(0.5-2)的氯化钾和柠檬酸钠的混合液；所述低渗处理的时间为5-20min。

进一步地，所述低渗液包括体积比为1:1的0.4％氯化钾和0.8％柠檬酸钠的混合液；所述低渗处理的时间为5-20min。

进一步地，所述低渗处理的时间可以但不限于为5min，或为10min，或为15min，或为16min，或为18min，或为20min。

本发明一实施方式中，采用按体积1:1混合的0.4％氯化钾0.8％柠檬酸钠混合液通入微流控芯片内，在室温下，低渗处理10min。

本发明实施方式中，所述低渗处理后，向所述微流控芯片内通入固定液。所述固定液包括体积比为3:(0.5-1.2)的乙醇和冰醋酸的混合液；所述固定液通入所述微流控芯片内的时间为5-20min。所述固定液固定所述细胞的时间可以但不限于为5-20min。

进一步地，所述固定液包括体积比为3:1的乙醇和冰醋酸的混合液；所述固定液通入所述微流控芯片内的时间为5-20min。

进一步地，所述固定液固定所述细胞的时间可以但不限于为5min，或为10min，或为15min，或为16min，或为18min，或为20min。

可选地，所述不同浓度梯度的乙醇包括体积浓度为70％、90％和100％的乙醇。本发明通过采用不同浓度梯度的乙醇通入所述微流控芯片，可以对固定在微流控芯片上的细胞进行脱水处理，有利于后续的荧光探针与细胞之间的杂交。

本发明一实施方式中，可以分别采用70％、90％和100％乙醇依次通入微流控芯片，并分别处理1min。

进一步地，通入含有荧光探针的杂交液后，变性温度可以但不限于为70℃，或为71℃，或为72℃，或为73℃，或为74℃，或为75℃。进一步地，过夜杂交温度可以但不限于为40℃，或为41℃，或为42℃，或为43℃，或为44℃，或为45℃。

本发明实施方式中，所述细胞进行荧光原位杂交后的洗涤过程包括：依次采用洗涤缓冲剂、第二缓冲剂和乙醇溶液通入所述微流控芯片内对所述杂交后的细胞进行洗涤。其中，所述第二缓冲剂包括磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液和Tris-HCl缓冲液中的一种或多种。所述洗涤缓冲剂为含有NP-40(Nonidet P-40，乙基苯基聚乙二醇)的柠檬酸钠缓冲液(SSC)，所述NP-40的质量百分含量为0.1-0.3％。

本发明一实施方式中，所述洗涤缓冲液为0.1％NP-40的0.5×柠檬酸钠缓冲液。其中，2×柠檬酸钠缓冲液由NaCl 8.8g，柠檬酸钠4.4g混合后，去离子水定容至500mL获得。

本发明实施方式中，所述阅片步骤是指对经细胞荧光原位杂交后的微流控芯片进行成像检测。通过阅片步骤，可以确认细胞荧光原位杂交的效果，并获得相关数据，以便于广泛用于细胞遗传学、产前诊肿瘤生物学和基因定位等方面的研究。

本发明实施方式中，所述基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，首次将微流控芯片与细胞荧光原位杂交方法相结合，整个工艺简单高效，方便快捷，试剂消耗少，能够节约大量成本；同时，所述细胞荧光原位杂交方法具有较好的荧光原位杂交效果，荧光背景低，有利于提高分析检测灵敏度。此外，所述基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法通过利用微流控芯片，可以实现半自动化，甚至全自动化的细胞荧光原位杂交工艺，相比于传统在载玻片上的操作，可以极大地提高细胞荧光原位杂交工艺的效率，解放大量的劳动力。

参见图2，本发明一实施方式还提供了一种用于细胞荧光原位杂交的微流控芯片100，所述微流控芯片100由本发明实施例所述的微流控芯片的制备方法制备得到；包括芯片基板10，所述芯片基板10的中央设有一细胞捕获孔11和分别设有在所述细胞捕获孔11两侧的一个进样孔12和两个出样孔13，其中，所述进样孔12与所述细胞捕获孔11之间设有第一流道14，所述细胞捕获孔11与所述出样孔13之间设有第二流道15，所述细胞悬液中的所述细胞固定在所述细胞捕获孔11的底部表面。

本发明实施方式中，所述微流控芯片100的芯片基板由隔水、隔气的材料制成。所述芯片基板的光透过率高，其中，所述细胞捕获孔11的底部具有很高光透过率，以便于实现阅片步骤。所述芯片基板可以但不限于由双层结构组成。可选地，所述芯片基板包括流道层和封闭层；所述流道层和封闭层的厚度尺寸可以基于实际应用需求进行调节。

本发明实施方式中，通入微流控芯片100的反应溶液的流速可以根据实际的应用进行调节。通过调节所述微流控芯片100中进样孔12和出样孔13的数目、尺寸，以及第一流道和第二流道的尺寸，可以有利于进一步调控所述反应溶液的流速，所述反应溶液是指参与基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法的所有液体溶液。

本发明实施方式中，所述微流控芯片可以高效、简便地从细胞悬液中捕获细胞，经过低渗处理和固定过程，经细胞牢牢固定在细胞捕获孔的底部表面。所述微流控芯片结构精简，成本低，可以用于集成，具有主动性强、灵活度高，试剂消耗量少等特点。

下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。

实施例1

一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，包括：

提供一微流控芯片，采用0.1％的多聚赖氨酸对微流控芯片进行包被处理；将培养的A549细胞(人非小细胞肺癌细胞)系消化、重悬、稀释至一定浓度通入微流控芯片；

通入完细胞后，依次向微流控芯片内通入低渗液(0.4％氯化钾和0.8％柠檬酸钠体积比1:1混合)对A549细胞进行低渗处理，10min后，继续通入固定液(无水乙醇和冰醋酸体积比3:1混合)对A549细胞进行固定，时间为8min；然后采用70％、90％和100％乙醇依次通入微流控芯片处理1min；之后将CEP8-FITC探针溶液混匀通入微流控芯片，75℃，12min变性；42℃，过夜杂交；杂交完成后，先用洗涤缓冲剂洗涤1min，然后PBS缓冲液通入微流控芯片，洗涤1min；70％乙醇通入微流控芯片处理1min；然后将DAPI溶液通入微流控芯片中，室温避光处理15min，PBS缓冲液洗涤后，送入荧光显微镜下进行阅片步骤。

实施例2

一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，包括：

提供一微流控芯片，采用0.1％的多聚赖氨酸对微流控芯片进行包被处理；将胎儿有核红细胞样品细胞通入微流控芯片；

通入完细胞后，依次向微流控芯片内通入低渗液(0.4％氯化钾和0.8％柠檬酸钠体积比1:1混合)对胎儿有核红细胞进行低渗处理，10min后，继续通入固定液(无水乙醇和冰醋酸体积比3:1混合)对胎儿有核红细胞进行固定，时间为8min；然后采用70％、90％和100％乙醇依次通入微流控芯片处理1min；之后将CEP8-FITC探针溶液混匀通入微流控芯片，75℃，12min变性；42℃，过夜杂交；杂交完成后，先用洗涤缓冲剂洗涤1min，然后PBS缓冲液通入微流控芯片，洗涤1min；70％乙醇通入微流控芯片处理1min；然后将DAPI溶液通入微流控芯片中，室温避光处理15min，PBS缓冲液洗涤后，送入荧光显微镜下进行阅片步骤。

效果实施例

将实施例1制备得到的细胞荧光原位杂交检测芯片，通过置于荧光显微镜下观察芯片的细胞捕获孔底部区域的细胞，其中，在20倍经下找到一视野进行成像。结构如图3所示，为DAPI和FITC的通道下的叠加荧光成像图，其中，图中白色圆圈中的单个细胞的细胞核荧光图，其中三个亮点是CEP8-FITC探针标记点，对应细胞8号染色体相关CEP8基因三体；从整个图的内容中可以看出，由本发明实施例1所述方法制得的细胞荧光原位杂交检测芯片的细胞荧光原位杂交效果突出，其中每个细胞均呈现出3个CEP8-FITC探针标记点，符合理论数据；并且绝大部分细胞都能实现良好的杂交和成像，且荧光成背景低。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种基于微流控芯片的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述微流控芯片包括芯片基板，所述芯片基板的中央设有一细胞捕获孔和分别设有在所述细胞捕获孔两侧的至少一个进样孔和至少一个出样孔，其中，所述进样孔与所述细胞捕获孔之间设有第一流道，所述细胞捕获孔与所述出样孔之间设有第二流道，所述细胞悬液中的所述细胞固定在所述细胞捕获孔的底部表面。

3.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述加入荧光探针，对所述细胞进行荧光原位杂交的具体过程包括：依次采用不同浓度梯度的乙醇通入所述微流控芯片，然后通入含有荧光探针的杂交液，经70-75℃变性10-20min后，于40-45℃下过夜杂交。

4.如权利要求3所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述不同浓度梯度的乙醇包括体积浓度为70％、90％和100％的乙醇。

5.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述低渗液包括体积比为1:(0.5-2)的氯化钾和柠檬酸钠的混合液；所述低渗处理的时间为5-20min。

6.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述固定液包括体积比为3:(0.5-1.2)的乙醇和冰醋酸的混合液；所述固定液通入所述微流控芯片内的时间为5-20min。

7.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述细胞包括肿瘤细胞和胎儿有核红细胞中的一种或两种。

8.如权利要求1所述的细胞荧光原位杂交方法，其特征在于，所述经洗涤后，送入检测之前还包括将所述细胞的细胞器进行标记处理，所述细胞器包括细胞核、高尔基体、线粒体和内质网中的一种或多种。

9.一种细胞荧光原位杂交检测芯片，其特征在于，所述细胞荧光原位杂交检测芯片按照如权利要求1-8任意一项所述的细胞荧光原位杂交方法制备得到。

10.一种细胞荧光原位杂交检测芯片，其特征在于，包括微流控芯片和固定在所述微流控芯片上，且经荧光原位杂交后的细胞；其中，所述微流控芯片包括芯片基板，所述芯片基板的中央设有一细胞捕获孔和分别设有在所述细胞捕获孔两侧的至少一个进样孔和至少一个出样孔，所述进样孔与所述细胞捕获孔之间设有第一流道，所述细胞捕获孔与所述出样孔之间设有第二流道，所述细胞固定在所述细胞捕获孔的底部表面。