CN111139182A - 磁筛选装置、微液滴筛选系统及微液滴的磁筛选方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁筛选装置，用于从微液滴中筛选含磁珠的微液滴及/或不含磁珠的微液滴，磁筛选装置包括芯片本体，磁筛选装置还包括设置在芯片本体上或芯片本体内的磁性体，芯片本体上形成有第一通道，第一通道位于所述磁性体的磁场范围内；第一通道包括微液滴入口、通道主体、第一分叉出口及第二分叉出口；通道主体一端连通微液滴入口，另一端连通第一分叉出口及第二分叉出口；微液滴从微液滴入口流向第一分叉出口及第二分叉出口；含磁珠的微液滴在磁性体施加的磁场力作用下与不含磁珠的微液滴分离并从第一分叉出口流出，不含磁珠的微液滴从第二分叉出口流出。本发明还提供一种微液滴筛选系统及微液滴的磁筛选方法。

Description

磁筛选装置、微液滴筛选系统及微液滴的磁筛选方法
技术领域
本发明涉及单细胞测序领域，尤其涉及一种磁筛选装置、微液滴筛选系统及微液滴的磁筛选方法。
背景技术
单细胞基因组学领域近年来发展得非常迅速，为人们揭示了复杂生物学体系的许多重要线索，包括微生物群落的生态多样性和人类癌症的基因组。
现有技术中常采用基于微液滴产生技术进行单细胞测序，基于微液滴产生技术需要通过配套单细胞样品制备平台进行单细胞微液滴样品的制备，所述单细胞样品制备平台制备的细胞/磁珠包裹率符合数学统计学上的泊松分布，即10％的微液滴中含有一个磁珠和一个细胞，就有1％的微液滴中包含有一个磁珠和两个细胞；26％的微液滴中含有一个磁珠和一个细胞，就有5％的微液滴中包含有一个磁珠和两个细胞。这就意味着有大量的不含有磁珠和细胞的空微液滴、只含有一个磁珠的微液滴及只含有一个细胞的微液滴。而在微液滴破乳后，游离的磁珠和单链核糖核酸会造成很严重的交叉污染。
另外，由于磁珠普遍采用本身不带磁性的超顺磁性材料，导致磁珠所受到的磁力极弱，磁力筛选效率极低。
另外，磁力一般随距离的四次方衰减，是一个高度非线性的作用力，难以在工程中做有效控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够解决上述问题的磁筛选装置、磁筛选系统及微液滴的磁筛选方法。
一种磁筛选装置，用于从微液滴中筛选含磁珠的微液滴及/或不含磁珠的微液滴，所述磁筛选装置包括芯片本体，所述磁筛选装置还包括设置在芯片本体上或芯片本体内的磁性体，所述芯片本体上形成有第一通道，所述第一通道位于所述磁性体的磁场范围内；所述第一通道包括微液滴入口、通道主体、第一分叉出口及第二分叉出口；所述通道主体一端连通所述微液滴入口，另一端连通所述第一分叉出口及所述第二分叉出口；所述微液滴从所述微液滴入口流向所述第一分叉出口及第二分叉出口；其中，所述含磁珠的微液滴在所述磁性体施加的磁场力作用下与所述不含磁珠的微液滴分离并从所述第一分叉出口流出，不含磁珠的微液滴从所述第二分叉出口流出。
进一步地，所述第一通道围绕所述磁性体设置或所述磁性体围绕所述第一通道设置；及/或，所述第一通道呈螺旋状分布。
进一步地，所述第一通道从所述微液滴入口至所述第一分叉出口与第二分叉出口逐渐靠近所述磁性体；及/或，所述微液滴被一动力产生装置产生的动力驱动从所述微液滴入口流至所述第一分叉出口与第二分叉出口。
进一步地，若所述磁性体产生的磁场力吸引磁珠，所述含磁珠的微液滴沿着所述第一通道靠近所述磁性体的一侧内壁流动，所述不含磁珠的微液滴沿着所述第一通道的背离所述磁性体的一侧内壁流动；若所述磁性体产生的磁场力排斥磁珠，所述含磁珠的微液滴沿着所述第一通道背离所述磁性体的一侧内壁流动，所述不含磁珠的微液滴沿着所述第一通道靠近所述磁性体的一侧内壁流动。
进一步地，所述磁筛选装置还包括至少一第二通道，所述第二通道设置于所述第一通道的一侧且位于所述磁性体的磁场范围内，所述第二通道与所述第一通道之间相连通；当第一通道相比于第二通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力吸引磁珠时，所述第二通道末端与所述第二分叉出口相连通；当第一通道相比于第二通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力排斥磁珠时，所述第二通道末端与所述第一分叉出口相连通；当第二通道相比于第一通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力吸引磁珠时，所述第二通道末端与所述第一分叉出口相连通；当第二通道相比于第一通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力为排斥磁珠时，所述第二通道末端与所述第二分叉出口相连通。
进一步地，所述第二通道上设置有一初始开口、N个中间开口及一末端开口，所述中间开口位于所述初始开口及所述末端开口之间，所述第二通道及所述第一通道通过所述初始开口、中间开口及末端开口分段连通，末端开口连通所述第一分叉出口或第二分叉出口，N为0或正整数中的其中一个。
一种微液滴筛选系统，所述微液滴筛选系统包括微液滴产生装置、动力产生装置及如上所述的磁筛选装置，所述微液滴产生装置用于在所述动力装置的驱动下生成微液滴，所述微液滴提供给所述磁筛选装置以筛选所述微液滴中的含磁珠的微液滴。
进一步地，所述微液滴产生装置的出口与所述磁筛选装置的微液滴入口相连通。
进一步地，所述微液滴筛选系统还包括第一收集瓶及第二收集瓶，所述第一收集瓶与所述第一分叉出口相连通，所述第二收集瓶与所述第二分叉出口相连通；所述动力产生装置为正压产生装置，所述动力产生装置与所述微液滴产生装置相连通；或者，所述动力产生装置为负压产生装置，所述动力产生装置与所述第一收集瓶及第二收集瓶相连通。
一种利用如上所述的微液滴筛选系统来实施的微液滴的筛选方法，包括步骤：使用移液枪或移液管分别量取预定量的油、细胞液及磁珠溶液，将量取的油、细胞液、磁珠溶液导入微液滴产生装置内；及所述动力产生装置产生动力，促使所述细胞液、磁珠溶液及油在所述微液滴产生装置中汇合形成微液滴并入所述磁筛选装置中，其中，所述微液滴包括含磁珠的微液滴与不含磁珠的微液滴；及所述磁性体施加磁场力于所述含磁珠的微液滴，使所述含磁珠的微液滴与所述不含磁珠的微液滴分离并分别从第一分叉出口及第二分叉出口处流出。
本发明提供的微液滴筛选系统，1)配置一个磁筛选装置，利用磁性体产生磁场力，所述磁场力包括吸力或斥力，并在磁场力范围内设置一第一通道，所述微液滴在所述第一通道内流动，含磁珠的微液滴在所述磁场力的作用下与所述不含磁珠的微液滴分开并在所述第一通道内流动至与之对应的第一分叉出口并进一步流入与之对应的第一收集瓶内，不含磁珠的微液滴从与之对应的第二分叉出口流入与之对应的第二收集瓶内，从而实现含磁珠的微液滴和不含磁珠的微液滴的分离，有效减少微液滴在破乳后形成的游离的磁珠和单链核糖核酸造成的交叉污染；2)将第一通道设置成螺旋状，可以保证微液滴长时间在磁场力的作用下运动，可以大大增加微液滴的筛选效率；3)在筛选过程中，螺旋形通道可以使得磁珠与磁性体之间的距离始终保持一致，从而避免因磁珠和磁性体之间的距离显著变化造成的剧烈波动(磁力一般随距离的四次方衰减，是一个高度非线性的作用力)，因此，所述磁筛选装置的筛选过程很容易控制；4)在第一通道的一侧设置至少一与所述第一通道连通的第二通道，所述第二通道増加了所述微液滴的流动距离，可以进一步分离含磁珠的微液滴及不含磁珠的微液滴，从而增加微液滴的筛选效率；5)所述微液滴筛选系统中的各部件制作材料简单，均可以在在市场上购买，且价格低廉，易组装，满足不同层次的需求。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的一种微液滴筛选系统的模块示意图。
图2是图1所示的微液滴筛选系统的微液滴产生装置及磁筛选装置的连接示意图。
图3是图2所示的磁筛选装置的筛选原理示意图。
图4是图3所示的磁筛选装置中微液滴的流动示意图。
图5是本发明第二实施例提供的磁筛选装置的示意图。
图6是图5所示的磁筛选装置的通道的第一个分流通道处的微液滴流动示意图。
图7是图5所示的磁筛选装置的通道的第二个分流通道处的微液滴流动示意图。
图8是图5所示的磁筛选装置的通道的末端的微液滴流动示意图。
图9是采用图1所示的微液滴筛选系统制备单细胞微液滴的流程图。
图10是不同于图9所示的微液滴筛选系统制备单细胞微液滴的流程图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001852854580000061
Figure BDA0001852854580000071
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图1-10及较佳实施方式，对本发明提供的磁筛选装置、微液滴筛选系统及微液滴的筛选方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，作出如下详细说明。
请参阅图1-3，本发明第一实施例提供一种微液滴筛选系统100，所述微液滴筛选系统100用于产生微液滴200并从微液滴200中筛选出含磁珠的微液滴210及不含磁珠的微液滴220。
其中，含磁珠的微液滴210包括含有一个磁珠和一个细胞的微液滴、包含一个磁珠和两个细胞的微液滴及只含有一个磁珠的微液滴等。不含磁珠的微液滴220包括空微液滴(仅由油形成的微液滴)、只含有一个细胞的微液滴等。
在本实施方式中，含磁珠的微液滴210中的磁珠是由超顺磁性的材料制成的，且含磁珠的微液滴210能够捕获到遗传物质，因此，含磁珠的微液滴210是应当要收集的部分。
具体地，请参阅图1，所述微液滴筛选系统100包括微液滴产生装置10、磁筛选装置20、连接所述微液滴产生装置10及磁筛选装置20的连接管30、第一收集瓶40、第二收集瓶50及动力产生装置60。其中，所述第一收集瓶40及第二收集瓶50与所述磁筛选装置20相连接，所述动力产生装置60与所述第一收集瓶40及第二收集瓶50相连通。
在其他实施方式中，所述动力产生装置60还可以与所述微液滴产生装置10相连通。
优选地，所述动力产生装置60与所述第一收集瓶40及第二收集瓶50相连通。
在其他实施方式中，所述微液滴筛选系统100不包括所述连接管30，此时，所述微液滴产生装置10与所述磁筛选装置20之间是不连接的，所述微液滴产生装置10或其他微液滴产生装置产生微液滴200后，可以通过移液管或移液枪等装置将所述微液滴200转移至所述磁筛选装置20内。也就是说，在其他实施方式中，不管微液滴如何产生，只要给磁筛选装置20提供所述微液滴200，磁筛选装置20就能进行微液滴的筛选。
在其他实施方式中，所述微液滴筛选系统100还可包括制备平台(图未示)，所述微液滴产生装置10、磁筛选装置20、连接所述微液滴产生装置10及磁筛选装置20的连接管30、第一收集瓶40、第二收集瓶50及动力产生装置60均可收容或安装在所述制备平台上，在所述制备平台上进行微液滴的生成及筛选。
请参阅图2，所述微液滴产生装置10用于生成所述微液滴200。
其中，所述微液滴产生装置10包括一芯片主体11，所述芯片主体11上形成有油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14、微液滴出口15、油相引入通道16、细胞液引入通道17及磁珠溶液引入通道18。其中，所述油相入口12通过所述油相引入通道16与所述微液滴出口15相连通，所述细胞液入口13通过所述细胞液引入通道17与所述微液滴出口15相连通，所述磁珠溶液入口14通过所述磁珠溶液引入通道18与所述微液滴出口15相连通。
其中，所述芯片主体11内还形成有汇流通道19，所述油相引入通道16、细胞液引入通道17及磁珠溶液引入通道18于所述汇流通道19的一端交汇，所述汇流通道19的另一端与所述微液滴出口15相连通。
所述磁筛选装置20用于从所述微液滴200中分离出所述含磁珠的微液滴210及所述不含磁珠的微液滴220。
其中，所述磁筛选装置20包括一芯片本体21及一设置在所述芯片本体21上或芯片本体21内的磁性体24。
其中，所述芯片本体21上形成有一第一通道22。所述第一通道22位于所述磁性体24的磁场范围内。
其中，所述第一通道22包括微液滴入口221、通道主体222、第一分叉出口223及第二分叉出口224。
其中，所述通道主体222包括连接微液滴入口221的第一端2221及连接第一分叉出口223与第二分叉出口224的第二端2222。所述微液滴入口221与所述通道主体222的第一端2221相对远离所述磁性体24，而所述第一分叉出口223、第二分叉出口224与所述通道主体222的第二端2222相对靠近所述磁性体24。所述通道主体222从第一端2221至第二端2222逐渐靠近所述磁性体24。也就是说，所述通道主体222至磁性体24的距离由第一端2221至第二端2222逐渐缩短。
在本实施方式中，所述第一通道22围绕所述磁性体24呈螺旋状分布。
优选地，所述芯片本体21上还形成有一收容孔23，所述磁性体24收容并固定在所述收容孔23内。所述收容孔23可以具有一开口(图未示)，所述开口便于所述磁性体24通过以容置在所述收容孔23内。
在本实施方式中，所述收容孔23位於所述芯片本体21的中心位置。
在本实施方式中，所述第一通道22环绕所述收容孔23的圈数为1.5圈，所述第一通道22的内径为600微米。优选地，所述第一通道22环绕所述收容孔23的圈数为5圈。
在其他实施方式中，所述第一通道22环绕所述收容孔23的圈数并不局限于1.5圈，所述第一通道22的内径并不局限于600微米，而是可以根据实际情况而定。
在其他实施方式中，所述第一通道22也可以不呈螺旋状分布，仅需所述第一通道22从所述微液滴入口221至所述第一分叉出口223与第二分叉出口224逐渐靠近所述磁性体24即可。
另外，所述第一通道22也可以不环绕磁性体24，例如，第一通道22也可以仅是一小节设置于磁性体24的外侧，并未环绕磁性体24的外周。
在其他实施方式中，也可以是所述磁性体24围绕所述述第一通道22设置。此时，磁性体24的形状可以是环状，第一通道22设置于磁性体24内侧。
其中，所述第一分叉出口223与第一收集瓶40相连通，用于收集所述含磁珠的微液滴210，所述第二分叉出口224与所述第二收集瓶50相连通，用于收集所述不含磁珠的微液滴220。
在本实施方式中，所述第一分叉出口223靠近所述第一通道22的内侧壁，所述第二分叉出口224靠近所述第一通道22的外侧壁。
在本实施方式中，所述第一分叉出口223相比于所述第二分叉出口224更靠近所述磁性体24。
其中，所述微液滴入口221可以形成在所述芯片本体21的一个表面(图未示)上。
在本实施方式中，所述磁性体24为磁铁。所述磁铁的外径为1厘米。
其中，所述磁性体24用于产生磁场力。所述磁场力对所述含磁珠的微液滴210内的磁珠产生吸引或排斥。
在本实施方式中，所述磁性体24与所述含磁珠的微液滴210的磁珠相互吸引，此时，所述含磁珠的微液滴210在所述磁性体24产生的磁场力的作用下，会沿着靠近所述磁性体24的第一通道22的内壁流动。此时，所述第一分叉出口223相比于所述第二分叉出口224更靠近所述磁性体24。具体地，所述第一分叉出口223靠近所述第一通道22的内侧壁，所述第二分叉出口224靠近所述第一通道22的外侧壁。
在其他实施方式中，所述磁性体24与所述含磁珠的微液滴210之间为斥力，此时，所述含磁珠的微液滴210在所述磁性体24产生的磁场力的作用下，会沿着背离所述磁性体24的第一通道22的内壁流动。此时，所述第二分叉出口224相比于所述第一分叉出口223更靠近所述磁性体24。具体地，所述第一分叉出口223靠近所述第一通道22的外侧壁，所述第二分叉出口224靠近所述第一通道22的内侧壁。
具体地，请参阅图3，产生的微液滴200在第一通道22内流动，所述含磁珠的微液滴210与矿物油介质的相对运动产生了斯托克斯剪切阻力F1，且在磁性体24产生的磁场力的作用下产生了磁力F2，因此，所述含磁珠的微液滴210在所述磁力的作用下，向更靠近(吸力)或更远离(斥力)所述第一通道22的内壁的方向移动；所述不含磁珠的微液滴220与矿物油介质的相对运动产生了斯托克斯剪切阻力F1，但不会产生磁力F2，因此，在斯托克斯剪切阻力F1的作用下，所述不含磁珠的微液滴220更远离(吸力)或更靠近(斥力)所述第一通道22的内壁的方向移动。另外，所述第一分叉出口223连通所述第一通道22且用于收集含磁珠的微液滴210；所述第二分叉出口224连通所述第一通道22且用于收集所述不含磁珠的微液滴220。
具体地，所述连接管30的两端分别连接在所述微液滴出口15及所述微液滴入口221上。
在本实施方式中，所述连接管30的外径为1.7毫米。
其中，所述第一收集瓶40用于收集所述含磁珠的微液滴210，所述第二收集瓶50用于收集所述不含磁珠的微液滴220。所述第一收集瓶40与所述第一分叉出口223相连通，所述第二收集瓶50与所述第二分叉出口224相连通。
其中，所述动力产生装置60用于提供产生微液滴200及微液滴200在所述第一通道22内流动的动力。
其中，所述动力产生装置60可以为正压产生装置，也可以为负压产生装置。
当所述动力产生装置60为正压产生装置时，所述动力产生装置60与所述微液滴产生装置10的油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14相连通。
当所述动力产生装置60为负压产生装置时，所述动力产生装置60与所述第一收集瓶40及第二收集瓶50相连通。
在本实施方式中，优选地，所述动力产生装置60为负压产生装置。进一步优选地，所述负压产生装置为注射器。
当所述动力产生装置60为正压产生装置时，所述微液滴200产生及筛选的具体原理如下：
启动所述正压产生装置，使得所述油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14内的压强大于油相引入通道16、细胞液引入通道17、磁珠溶液引入通道18、汇流通道19、第一通道22、第一收集瓶40及第二收集瓶50内的压强，从而使得油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14内的油、细胞液及磁珠溶液在压强差的作用下，分别流过油相引入通道16、细胞液引入通道17及磁珠溶液引入通道18，并在汇流通道19内汇合，形成微液滴200，所述微液滴200从微液滴出口15流入连接管30，并从连接管30流入所述第一通道22内。其中，所述含磁珠的微液滴210在所述磁性体24产生的磁场力(吸力)的作用下，靠近或沿着所述通道主体222的内侧壁移动，直至从所述第一分叉出口223流入所述第一收集瓶40内；所述不含磁珠的微液滴220则靠近或沿着所述通道主体222的外侧壁移动，直至从所述第二分叉出口224流入所述第二收集瓶50内，实现含磁珠的微液滴210与不含磁珠的微液滴220的分离，进而筛选出能够捕获到遗传物质的含磁珠的微液滴210。
当所述动力产生装置60为负压产生装置时，所述微液滴200产生及筛选的具体原理如下：
启动所述负压产生装置，使得所述第一收集瓶40、第二收集瓶50、第一通道22、连接管30、微液滴出口15、汇流通道19、磁珠溶液引入通道18、细胞液引入通道17及油相引入通道16从初始体积V1增长到体积V2，根据理想气体状态方程P1V1＝P2V2，其中，P1与P2为分别对应初始体积V1和体积V2时的压强，此时所述第一收集瓶40、第二收集瓶50、第一通道22、连接管30、微液滴出口15、汇流通道19、磁珠溶液引入通道18、细胞液引入通道17及油相引入通道16内的压强小于所述油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14内的压强，从而使得所述油相入口12、细胞液入口13、磁珠溶液入口14内的所述油、细胞液及磁珠溶液在压强差的作用下，分别流过油相引入通道16、细胞液引入通道17及磁珠溶液引入通道18，并在汇流通道19内汇合，形成微液滴200，所述微液滴200从微液滴出口15流入连接管30，并从连接管30流入所述第一通道22内。其中，所述含磁珠的微液滴210在所述磁性体24产生的磁场力(吸力)的作用下，靠近或沿着所述通道主体222的内侧壁移动，直至从所述第一分叉出口223流入所述第一收集瓶40内；所述不含磁珠的微液滴220则靠近或沿着所述通道主体222的外侧壁移动，直至从所述第二分叉出口224流入所述第二收集瓶50内，实现含磁珠的微液滴210与不含磁珠的微液滴220的分离，进而筛选出能够捕获到遗传物质的含磁珠的微液滴210。
当然，在其他实施方式中，所述微液滴200还可以靠自身的重力在所述磁筛选装置20的第一通道22内的流动，而不需要另外设置动力产生装置。也就是说，单独就磁筛选装置20而言，磁筛选装置20可以不需依靠动力产生装置即能完成含磁珠的微液滴210的筛选。
在一些实施例中，所述微液滴筛选系统100还可以包括至少一振荡装置(图未示)，所述振荡装置对应所述细胞液入口13及/或磁珠溶液入口14设置，用于施加振动于所述磁珠溶液及/或细胞液。
请参阅图5-8，本发明第二实施例提供一种磁筛选装置70，所述磁筛选装置70与第一实施方式提供的所述磁筛选装置20的结构相似，其区别点在于，所述磁筛选装置70还包括一第二通道25。其中，所述第二通道25环绕所述第一通道22设置且与所述第一通道22相连通。
在本实施方式中，所述第二通道25位于所述磁性体24的磁场范围内。在其他实施方式中，所述第二通道25还可以不处于所述磁性体24的磁场范围内，此时，所述不含磁珠的微液滴220会流至所述第二通道25内。
具体地，在本实施方式中，所述第二通道25设置于第一通道22的外侧，此时，所述第一通道22相比于所述第二通道25更靠近所述磁性体24。
在另一实施方式中，所述第二通道25也可以设置于第一通道22的内侧，此时，第二通道25相比于第一通道22更靠近所述磁性体24。
当然，在另一实施方式中，还可以在第一通道22外侧设置第二通道25，在第一通道22内侧设置第三通道(图未示)。
当然，在其他实施方式中，所述磁性体24还可以围绕所述第一通道22及所述第二通道25设置。
其中，在本实施方式中，所述第二通道25与所述第二分叉出口224相连通。
其中，所述第二通道25上设置有一初始开口26、N个中间开口27及一末端开口28。其中，N为0或正整数中的其中一个。在本实施方式中，N＝1。其中，至少一所述中间开口27位于所述初始开口26及所述末端开口28之间。所述第二通道25及所述第一通道22通过所述初始开口26及所述中间开口27分段连通。所述第一通道22的通道主体222通过所述末端开口28与所述第二分叉出口224相连通。
优选地，在所述微液滴200的流动方向上，每经过一个所述中间开口27，所述第二通道25均向背离所述磁性体24的方向扩展，从而使得所述第二通道25的内径增大，以便于更多的所述不含磁珠的微液滴220通过。
当所述油、所述细胞液及所述磁珠溶液在所述动力产生装置60的作用下汇流至所述汇流通道19的靠近所述微液滴出口15的一端，形成微液滴200，所述微液滴200在所述动力产生装置60的作用下，从所述微液滴出口15流入连接管30，并进一步流入所述第一通道22内，随着所述微液滴200在所述第一通道22的通道主体222内流动，所述微液滴200中的所述含磁珠的微液滴210及所述不含磁珠的微液滴220在所述磁性体24产生的磁场力的作用下逐渐重新分布。
具体地，当磁场力为吸力时，所述含磁珠的微液滴210沿着所述通道主体222的靠近所述磁性体24的内侧壁移动，所述不含磁珠的微液滴220则沿着所述通道主体222的背离所述磁性体24的外侧壁移动。在经过所述初始开口26，部分所述不含磁珠的微液滴220流入所述第二通道25，所述含磁珠的微液滴210及部分所述不含磁珠的微液滴220继续在所述第一通道22内流动。其中，所述第一通道22中的部分所述含磁珠的微液滴210在所述磁性体24产生的磁场力的作用下，继续沿着所述通道主体222的靠近所述磁性体24的内侧壁移动，所述不含磁珠的微液滴220则继续沿着所述通道主体222的背离所述磁性体24的外侧壁移动。当所述微液滴200经过所述中间开口27时，位于所述第一通道22内的部分所述不含磁珠的微液滴220从所述中间开口27流入所述第二通道25内，所述含磁珠的微液滴210及剩余的所述不含磁珠的微液滴220继续在所述第一通道22内流动。其中，位于所述第一通道22内的所述含磁珠的微液滴210继续贴着所述通道主体的靠近所述磁性体24的内侧壁移动，剩余的所述不含磁珠的微液滴220则继续沿着所述通道主体的背离所述磁性体24的外侧壁移动。当所述微液滴200流经所述末端开口28时，位于所述第一通道22内的剩余的所述不含磁珠的微液滴220从所述末端开口28流入所述第二分叉出口224内，并通过所述第二分叉出口224流入所述第二收集瓶50内，所述含磁珠的微液滴210通过所述第一分叉出口223流入所述第一收集瓶40中；所述第二通道25内的所述不含磁珠的微液滴220通过所述第二分叉出口224流入所述第二收集瓶50内，实现含磁珠的微液滴210与不含磁珠的微液滴220的分离，进而筛选出能够捕获到遗传物质的含磁珠的微液滴210。
当所述磁性体24产生的磁力是斥力时，上述第一通道22及第二通道25之间的位置关系也是适用的。所述含磁珠的微液滴210及所述不含磁珠的微液滴220会根据磁性体24与磁珠之间的磁场作用力是斥力还是吸力自动选择流动的通道，并从对应的分叉出口内流入对应的收集瓶内。
请参阅图9-10，本发明较佳实施方式还提供一种微液滴的磁筛选方法，所述磁筛选方法可以结合上述介绍的微液滴筛选系统100或类似系统来执行，所述制备方法包括如下步骤：
步骤S801，使用移液枪或移液管分别量取预定量的油、细胞液及磁珠溶液，将量取的油导入油相入口12内，将量取的细胞液导入细胞液入口13内，将量取的磁珠溶液导入磁珠溶液入口14内。
在本实施方式中，所述油为400微升，所述细胞液为200微升，所述磁珠溶液为200微升。
其中，所述细胞液、磁珠溶液及油的加样顺序可以是：先加细胞液、再加磁珠溶液、最后加油；也可以是：先加磁珠溶液、再加细胞液、最后加油；还可以是同时添加所述细胞液、磁珠溶液及油。
步骤S802，所述动力产生装置60产生动力，促使所述细胞液、磁珠溶液及油在所述微液滴产生装置10中汇合并形成微液滴200，并使所述微液滴200流入所述磁筛选装置20并在所述磁筛选装置20内流动，其中，所述微液滴200包括含磁珠的微液滴210与不含磁珠的微液滴220。
步骤S803，所述磁性体24施加磁场力于所述含磁珠的微液滴210，使所述含磁珠的微液滴210在第一通道22内移动时，相比不含磁珠的微液滴220，含磁珠的微液滴210更靠近(磁力为吸力)或更远离(磁力为斥力)磁性体24，从而使含磁珠的微液滴210从其中一个分叉出口(如第一分叉出口223)流入其中一个收集瓶(如第一收集瓶40)内，所述不含磁珠的微液滴220从另一个分叉出口(如第二分叉出口224)流入另一个收集瓶(如第二收集瓶50)内。
若所述磁筛选装置20还包括第二通道25，且相比于第一通道22，所述第二通道25远离所述磁性体24，所述微液滴200在流经所述第二通道25的初始开口26及中间开口27时，部分不含磁珠的微液滴220会流入所述第二通道25内，并从第二通道25流入所述第二分叉出口224，进而流入第二收集瓶50内，所述含磁珠的微液滴210会继续在所述第一通道22内流动，并流入所述第一分叉出口223，进而流入所述第一收集瓶40。
若相比于第一通道22，所述第二通道25更靠近所述磁性体24，所述微液滴200在流经所述第二通道25的初始开口26及中间开口27时，所述含磁珠的微液滴210会从所述第一通道22流入所述第二通道25内并从第一分叉出口223流出并流入第一收集瓶40；所述不含磁珠的微液滴220会继续沿所述第一通道22流动，并从第二分叉出口224流入第二收集瓶50内。
在另一种实施方式中，所述筛选方法在启动所述动力产生装置60前还可包括步骤S900：利用至少一振荡装置施加振动于所述磁珠溶液与细胞液上。
本发明提供的微液滴筛选系统100，1)配置一个磁筛选装置20，利用磁性体24产生磁场力，所述磁场力包括吸力或斥力，并在磁场力范围内设置一第一通道22，所述微液滴200在所述第一通道22内流动，含磁珠的微液滴210在所述磁场力的作用下与所述不含磁珠的微液滴220分开并在所述第一通道22内流动至与之对应的第一分叉出口223并进一步流入与之对应的第一收集瓶40内，不含磁珠的微液滴220从与之对应的第二分叉出口224流入与之对应的第二收集瓶50内，从而实现含磁珠的微液滴210和不含磁珠的微液滴220的分离，有效减少微液滴在破乳后形成的游离的磁珠和单链核糖核酸造成的交叉污染；2)将第一通道22设置成螺旋状，可以保证微液滴200长时间在磁场力的作用下运动，可以大大增加微液滴200的筛选效率；3)在筛选过程中，螺旋形通道可以使得磁珠与磁性体24之间的距离变化平缓，从而避免因磁珠和磁性体24之间的距离显著变化造成的剧烈波动(磁力一般随距离的四次方衰减，是一个高度非线性的作用力)，因此，所述磁筛选装置20的筛选过程很容易控制；4)在第一通道22的一侧设置至少一与所述第一通道22连通的第二通道25，所述第二通道25増加了所述微液滴200的流动距离，可以进一步分离含磁珠的微液滴210及不含磁珠的微液滴220，从而增加微液滴200的筛选效率；5)所述微液滴筛选系统100中的各部件制作材料简单，均可以在在市场上购买，且价格低廉，易组装，满足不同层次的需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种磁筛选装置，用于从微液滴中筛选含磁珠的微液滴及/或不含磁珠的微液滴，所述磁筛选装置包括芯片本体，其特征在于，所述磁筛选装置还包括设置在芯片本体上或芯片本体内的磁性体，所述芯片本体上形成有第一通道，所述第一通道位于所述磁性体的磁场范围内；所述第一通道包括微液滴入口、通道主体、第一分叉出口及第二分叉出口；所述通道主体一端连通所述微液滴入口，另一端连通所述第一分叉出口及所述第二分叉出口；所述微液滴从所述微液滴入口流向所述第一分叉出口及第二分叉出口；其中，所述含磁珠的微液滴在所述磁性体施加的磁场力作用下与所述不含磁珠的微液滴分离并从所述第一分叉出口流出，不含磁珠的微液滴从所述第二分叉出口流出。
2.如权利要求1所述的磁筛选装置，其特征在于，所述第一通道围绕所述磁性体设置或所述磁性体围绕所述第一通道设置；及/或，所述第一通道呈螺旋状分布。
3.如权利要求1所述的磁筛选装置，其特征在于，所述第一通道从所述微液滴入口至所述第一分叉出口与第二分叉出口逐渐靠近所述磁性体；及/或，所述微液滴被一动力产生装置产生的动力驱动从所述微液滴入口流至所述第一分叉出口与第二分叉出口。
4.如权利要求1所述的磁筛选装置，其特征在于，若所述磁性体产生的磁场力吸引磁珠，所述含磁珠的微液滴沿着所述第一通道靠近所述磁性体的一侧内壁流动，所述不含磁珠的微液滴沿着所述第一通道的背离所述磁性体的一侧内壁流动；若所述磁性体产生的磁场力排斥磁珠，所述含磁珠的微液滴沿着所述第一通道背离所述磁性体的一侧内壁流动，所述不含磁珠的微液滴沿着所述第一通道靠近所述磁性体的一侧内壁流动。
5.如权利要求1所述的磁筛选装置，其特征在于，所述磁筛选装置还包括至少一第二通道，所述第二通道设置于所述第一通道的一侧，所述第二通道与所述第一通道之间相连通；当第一通道相比于第二通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力吸引磁珠时，所述第二通道末端与所述第二分叉出口相连通；当第一通道相比于第二通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力排斥磁珠时，所述第二通道末端与所述第一分叉出口相连通；当第二通道相比于第一通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力吸引磁珠时，所述第二通道末端与所述第一分叉出口相连通；当第二通道相比于第一通道更靠近磁性体且磁性体产生的磁场力为排斥磁珠时，所述第二通道末端与所述第二分叉出口相连通。
6.如权利要求5所述的磁筛选装置，其特征在于，所述第二通道上设置有一初始开口、N个中间开口及一末端开口，所述中间开口位于所述初始开口及所述末端开口之间，所述第二通道及所述第一通道通过所述初始开口、中间开口及末端开口分段连通，末端开口连通所述第一分叉出口或第二分叉出口，N为0或正整数中的其中一个。
7.一种微液滴筛选系统，其特征在于，所述微液滴筛选系统包括微液滴产生装置、动力产生装置及如权利要求1-6任一项所述的磁筛选装置，所述微液滴产生装置用于在所述动力装置的驱动下生成微液滴，所述微液滴提供给所述磁筛选装置以筛选所述微液滴中的含磁珠的微液滴。
8.如权利要求7所述的微液滴筛选系统，其特征在于，所述微液滴产生装置的出口与所述磁筛选装置的微液滴入口相连通。
9.如权利要求8所述的微液滴筛选系统，其特征在于，所述微液滴筛选系统还包括第一收集瓶及第二收集瓶，所述第一收集瓶与所述第一分叉出口相连通，所述第二收集瓶与所述第二分叉出口相连通；所述动力产生装置为正压产生装置，所述动力产生装置与所述微液滴产生装置相连通；或者，所述动力产生装置为负压产生装置，所述动力产生装置与所述第一收集瓶及第二收集瓶相连通。
10.一种利用权利要求8所述的微液滴筛选系统来实施的微液滴的筛选方法，包括步骤：
使用移液枪或移液管分别量取预定量的油、细胞液及磁珠溶液，将量取的油、细胞液、磁珠溶液导入微液滴产生装置内；及
所述动力产生装置产生动力，促使所述细胞液、磁珠溶液及油在所述微液滴产生装置中汇合形成微液滴并入所述磁筛选装置中，其中，所述微液滴包括含磁珠的微液滴与不含磁珠的微液滴；及
所述磁性体施加磁场力于所述含磁珠的微液滴，使所述含磁珠的微液滴与所述不含磁珠的微液滴分离并分别从第一分叉出口及第二分叉出口处流出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023221842A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 良渚实验室 一种高通量单细胞转录组测序方法及其应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101019026A (zh) * 2004-08-23 2007-08-15 基斯特-欧洲研究协会 应用免疫磁性分离法分离生物粒子的微观流体系统
US20120077267A1 (en) * 2010-09-28 2012-03-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method of separating cells by using magnetic force
KR20140078189A (ko) * 2012-12-17 2014-06-25 한국전자통신연구원 혈액 내 암 세포 분리 장치 및 이를 이용한 암 세포 분리 방법
CN105624035A (zh) * 2016-02-04 2016-06-01 关节动力安达（天津）生物科技有限公司 基于螺旋状毛细管的细胞磁分选装置及细胞磁分选装置方法
CN205538421U (zh) * 2016-04-12 2016-08-31 华中科技大学 一种基于微流控芯片的磁分离装置
CN107164213A (zh) * 2017-04-21 2017-09-15 华中科技大学 一种基于惯性原理分离细胞的芯片
CN107699478A (zh) * 2017-09-19 2018-02-16 朱嗣博 一种循环肿瘤细胞（ctc）检测用微流控芯片装置
US20180120294A1 (en) * 2016-10-31 2018-05-03 John Collins Microfluidic Devices for Cells or Organ based Multimodal Activation and Monitoring system
CN108535239A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 上海艾瑞德生物科技有限公司 基于微液滴的微流控芯片和检测系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101019026A (zh) * 2004-08-23 2007-08-15 基斯特-欧洲研究协会 应用免疫磁性分离法分离生物粒子的微观流体系统
US20120077267A1 (en) * 2010-09-28 2012-03-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method of separating cells by using magnetic force
KR20140078189A (ko) * 2012-12-17 2014-06-25 한국전자통신연구원 혈액 내 암 세포 분리 장치 및 이를 이용한 암 세포 분리 방법
CN105624035A (zh) * 2016-02-04 2016-06-01 关节动力安达（天津）生物科技有限公司 基于螺旋状毛细管的细胞磁分选装置及细胞磁分选装置方法
CN205538421U (zh) * 2016-04-12 2016-08-31 华中科技大学 一种基于微流控芯片的磁分离装置
US20180120294A1 (en) * 2016-10-31 2018-05-03 John Collins Microfluidic Devices for Cells or Organ based Multimodal Activation and Monitoring system
CN107164213A (zh) * 2017-04-21 2017-09-15 华中科技大学 一种基于惯性原理分离细胞的芯片
CN107699478A (zh) * 2017-09-19 2018-02-16 朱嗣博 一种循环肿瘤细胞（ctc）检测用微流控芯片装置
CN108535239A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 上海艾瑞德生物科技有限公司 基于微液滴的微流控芯片和检测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
龙勉: "《细胞分子生物力学》", 31 December 2017, 上海交通大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023221842A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 良渚实验室 一种高通量单细胞转录组测序方法及其应用

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