CN111254046A - 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于单细胞和单微球共捕获的装置和方法,其中,所述的装置包括上部的样品腔、下部的液体腔以及安装在两者之间的微孔膜,所述液体腔底部设有液体管路,所述的微孔膜上设有至少一组微孔,每组微孔包含一大一小两个相互连接或相互靠近的微孔;尺寸较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒,尺寸较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。利用本发明的装置进行单细胞和单微球的共捕获,可以实现高通量的捕获和分析,具有较高的捕获概率。

Description

一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法
技术领域
本发明属于单细胞分析领域,尤其是涉及一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法。
背景技术
细胞间存在异质性,即使是表型相同的细胞,也可能在基因表达、蛋白质含量、代谢物浓度等方面存在较大的个体差异,因此需要在单细胞水平上对细胞进行研究和分析。实现单细胞分析的一个重要前提是单细胞捕获,也就是将单个细胞从细胞群体中分离出来,将其置于独立环境,以避免细胞间的交叉污染。单细胞捕获涉及到多种技术,如介电操控技术、显微操纵技术等。微流控技术是其中之一,其具有精确操控微量液体(10-9至10-18升)的能力,可将反应缩小到微米尺度,因而也可以对微米尺度的细胞进行精确的操控。基于微流控技术的单细胞分析系统通常具有微量、高效、快速、高通量、微型化、集成化、自动化、便携化的特点。
基于液滴的微流控技术属于微流控技术的范畴。与基于连续流的微流控技术不同的是,基于液滴的微流控技术通常利用特殊的微通道构型和不互溶载液对流体的切割、挤压等作用,而将连续的流体分割成非连续的液滴。这些液滴被与之不互溶的载液相隔离,因此每个液滴可以被看作一个独立的微反应器。由于液滴生成频率高,短时间内生成的大量液滴中的反应可被认为是平行反应,基于液滴的微流控技术易于实现高通量分析。此外,该技术还具有样品消耗低、操作自动化、分析速度快等特点,已被广泛应用于高通量筛选、单细胞分析、酶动力学测定等研究。
基于液滴的微流控技术在单细胞分析中的应用,通常需要将单细胞和后续反应所需的试剂包裹到液滴微反应器中,然后这些单细胞液滴被置于同一环境中反应(被视为平行反应)。液滴微流控系统中最常用的单细胞包裹方法是大量平均法,就是将细胞悬液稀释到一定的浓度,并使之分散均匀,然后从中多次等体积地取样,或将其等体积地分割,生成单分散的液滴。悬液中的细胞被随机地分散到液滴中,而液滴中细胞的个数符合泊松分布。该方法快速而简单,然而单细胞包裹概率较低,最高只能达到36.8%,而且其中多细胞液滴(液滴中含有两个及以上的细胞)占了较大的比例。利用光镊、超声、压力、介电力和离心力来操纵和捕获单细胞的方法具有更强的主动性,因而往往可以达到较高的捕获率。例如,利用光镊控制细胞,将其转移到靠近水/油界面的位置,细胞可被新形成的液滴所包裹。有报道在单晶硅片刻蚀出通孔阵列,并以这些通孔为探针,在负压的作用下捕获细胞悬液中的细胞。通过控制负压的开关实现了单细胞捕获与释放,成功地将捕获到的单细胞转移到了PDMS微坑阵列中。
对于单细胞分析与检测,微球能起到重要的辅助作用。例如,单个细胞分泌的待测蛋白含量极低,难以检测,如若微球表面修饰了可与该蛋白偶联的分子,则可以利用该微球对蛋白进行富集。对于单细胞测序,表面修饰了特定寡核苷酸的微球不仅可以捕获到待测细胞中的DNA或RNA片段,还能对细胞和该DNA/RNA片段进行标记,然后这些微球可直接进入测序仪进行上机测序。这类基于微球的单细胞测序方法与测序仪的兼容性好,而且简化了后续的操作,已得到了较为广泛的应用。而要将微球应用于基于液滴微流控技术的单细胞分析,尤其是单细胞测序,一般需要实现微球与细胞的共捕获,将单个微球与单个细胞包裹于同一液滴中。
目前,常用的单微球和单细胞共捕获方法与单细胞捕获常用的大量平均法相似,是基于随机性的方法。单细胞捕获的随机性与单微球捕获的随机性相叠加,使共捕获方法所能达到的单细胞-单微球包裹概率明显低于仅单细胞的捕获概率。采用上述方法具有液滴生成速度快的优势,每小时生成液滴达几百万个,然而包裹概率很低,几百万个液滴中只有几千个液滴恰好包裹了一个微球和一个细胞。采取主动性更强的方法,引入压力、介电力等外界因素,很可能达到更高的捕获概率,为细胞与微球的共捕获提供新的思路,进而为单细胞测序及其他单细胞分析提供新方法。
发明内容
本发明提供了一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法,为单细胞测序及其他单细胞分析提供一种高通量、高捕获概率的单细胞-单微球捕获技术。
首先,本发明提供了一种用于单细胞和单微球共捕获的装置,包括上部的样品腔、下部的液体腔以及安装在两者之间的微孔膜,所述的微孔膜上设有至少一组微孔,每组微孔包含一大一小两个相互连接或相互靠近的微孔;其中,尺寸较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒,尺寸较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。
本发明中的微孔指的是单孔面积在1平方纳米至100平方毫米范围内的孔。为实现对微粒的捕获,微孔尺寸应小于其所要捕获的微粒的尺寸。微孔的结构主要有两种,第一种为:每组微孔包含一大一小两个相互连接的微孔。微孔可以有多种形状,作为优选,较大的微孔为圆形,较小的微孔为三角形,或梯形,或椭圆形,或多边形,或其他形状,每组微孔的整体形状近似于水滴形。
两个微孔的形状主要视具体捕获对象和要求而定。无论采取何种形状微孔,每组微孔内大微孔与小微孔的中心间距应小于待捕获的尺寸较大的微粒的直径。只有这样,才能在第一轮捕获过程中,利用尺寸较大的微粒之间的空间排阻效应,避免尺寸较大的微粒被较小的微孔所捕获。
第二种为:每组微孔包含一大一小两个相互靠近的微孔。两个微孔之间的中心间距小于待捕获的尺寸较大的微粒的直径。作为优选,两个微孔均为圆形、椭圆形、三角形、多边形或者其他形状。
所述微孔所在的微孔膜是在无机材料(如硅、氮化硅、金属、石英、玻璃),或有机材料,或高分子聚合物材料(如环氧SU-8树脂)的基材上加工出微孔。
所述的样品腔和液体腔,可以有多种结构模式,如敞开式的容器型结构,或微流控芯片上的流动通道结构。所述液体腔底部可为敞开结构,也可设有液体管路。
本发明还提供了一种单细胞和单微球共捕获方法,采用上述用于单细胞和单微球共捕获的装置,包括以下步骤:
(1)根据待捕获的细胞和微球的尺寸,选择对应的微孔膜安装在样品腔和液体腔之间,同时确定捕获的顺序;
(2)在样品腔或液体腔或两腔中加入液体,使微孔膜处于液体环境;
(3)打开驱动源,为微孔膜的一侧或者两侧提供驱动力;
(4)在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较大的样品,在驱动力的作下,利用微孔膜上的尺寸较大的微孔对该样品进行捕获;
(5)去除样品腔内多余的微球或细胞;
(6)在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较小的样品,在驱动力的作下,利用微孔膜上的尺寸较小的微孔对该样品进行捕获;
(7)去除样品腔内多余的细胞或微球,关闭驱动源,完成共捕获。
利用上述方法实施单细胞和单微球的共捕获时,分别地、先后地对微球和细胞进行捕获。先捕获微球再捕获细胞,或先捕获细胞再捕获微球。在捕获微球或细胞时,微球或细胞处于液体中;为了保证液体环境,微孔膜的一侧的样品腔内加入含有微球和细胞的液体;微孔膜另一侧的液体腔用于承载通过微孔的液体。
为了能够对微孔膜上的捕获状况进行实时地观察,以便准确地判断捕获进程,步骤(1)中,在样品腔上方设置显微镜,并用照相机将显微镜捕捉到的图像实时地反映到计算机屏幕上。
步骤(3)中,所述的驱动力包括但不限于流体压力、电场力、磁力、介电力、离心力和声波中的一种。在实施单细胞和单微球的共捕获时,需要在所述微孔的一侧或两侧施加驱动力,对位于微孔一侧的微球或细胞产生通过微孔的正压压力或负压抽吸力,驱使微球或细胞移动到该微孔的位置。
步骤(5)的的实现方式有多种,其中一种的具体步骤为:用移液枪或其他工具对微孔膜表面进行吹打或搅动,处于尺寸较小微孔处的样品因受捕获驱动力小而被吹打起来,回到悬浮状态;再用移液枪吸走样品腔中的液体,为样品腔换液,从而除去多余的微球或细胞样品。
步骤(7)中,在完成单细胞和单微球的共捕获后,可以采用两种方式进行不同单细胞-单微球之间的隔离。
第一种为:在微孔膜上原位生成液滴,所述液滴包裹了同一组微孔上的单细胞和单微球,不同的液滴之间以油相、气相或其他不互溶相所隔离,因而每对单细胞-单微球都能处于独立的微环境中。
步骤(7)中,在完成单细胞和单微球的共捕获后,将同一组微孔上的单细胞和单微球转移至其他的独立环境,如微坑、微腔室等,使不同的单细胞-单微球之间存在隔离屏障,以避免不同单细胞-单微球之间的交叉污染。
微球的表面以物理吸附、物理包埋、化学偶联、或其他方式修饰了功能分子或粒子,该分子或粒子可用于捕捉与之配对的细胞分泌或裂解后释放的一种或多种物质(如蛋白质、多肽、核酸、脂类、糖类、小分子化合物等),以进行单细胞分析。
本发明所述方法所捕获的对象不局限于一个细胞与一个微球,也可以是两个大小不同的微球或微颗粒,或者是两个大小不同的细胞。
进一步,本发明的方法在进行单细胞和单微球的共捕获时,通常遵循先大后小的顺序。如微球尺寸大于细胞尺寸,则先捕获微球再捕获细胞;如细胞尺寸大于微球,则先捕获细胞再捕获微球。也可以是先小后大的顺序,但先大后小的顺序更为有利。
如当进行微球-细胞捕获时,微球尺寸应大于细胞尺寸。在操作的第一阶段,捕获尺寸较大的微球时,首先在较大的微孔处捕获尺寸较大的微球。所捕获的微球会对同一组微孔中的较小的那个微孔产生部分遮盖作用,这种空间位阻效应会阻碍其它同样尺寸的微球被捕获在小微孔处,从而避免在捕获的第一阶段出现两个微球被捕获在同一组微孔内的情况。在操作的第二阶段,捕获尺寸较小的细胞时,在操作的第一阶段没有被完全遮盖的小微孔,得以被利用捕获尺寸较小的细胞。
基于同样原理,如当进行细胞-微球捕获时,细胞尺寸应大于微球尺寸。在操作的第一阶段,捕获尺寸较大的细胞时,首先在较大的微孔处捕获尺寸较大的细胞。所捕获的细胞会对同一组微孔内的小微孔产生部分遮盖作用,这种空间位阻效应会阻碍其它同样尺寸的细胞被捕获在小微孔处,从而避免在捕获的第一阶段出现两个细胞被捕获在同一组微孔内的情况。在操作的第二阶段,捕获尺寸较小的微球时,在操作的第一阶段没有被完全遮盖的小微孔,得以被利用捕获尺寸较小的微球。
进一步,为了达到较高的捕获效率,本发明的方法在捕获微球和细胞前,往样品腔中加入的微球或细胞的数量至少为微孔组数的1倍。考虑到可能存在的样品损失,加入的微球或细胞的数量最好大于微孔数目的1.2倍。
进一步,本发明中的微孔膜的形状和大小不限。但为了便于操作,微孔膜的大小优选为2毫米×2毫米到20厘米×20厘米。
进一步,本发明的样品腔和液体腔中的液体体积优选为1升以下。如果液体体积过大,微球和细胞样品的稀释程度太大,不仅容易造成样品损失,还会对捕获效率产生负面影响。
进一步,本发明的方法在进行单细胞单微球的共捕获时,需要对驱动力的强度进行控制。当驱动力过小时,其不足以使微孔捕获到微球和细胞,导致捕获效率低下;而当驱动力过大时,被捕获的细胞容易受到损伤。如果以压力差为驱动力,采取的压力差通常在0.1kPa-10kPa范围内。也可以采取该范围以外的压力差,但容易遇到驱动力过小或过大的问题。这是本领域技术人员所能理解并操作的。
进一步,本发明的方法在捕获微球/细胞时的理想结果是,微球/细胞在微孔两侧驱动力的作用下移动到微孔两个区域中的一个区域,并静止或几乎静止(可能会有振动和摇晃)地停留于该微孔区域。在捕获所需的时间范围内,被捕获的微球/细胞不会受到明显的损伤,也不会在驱动力的作用下继续进入微孔,甚至被“吸”到微孔另一侧,进入液体腔中。因此,还需要在一定的范围内对驱动力强度进行微调,避免微球/细胞穿孔的情况,获得较为理想的捕获结果。
进一步,本发明的方法在判断微球、细胞的捕获顺序和微孔的两个区域分别对应微球还是细胞时,还需考虑到微球和细胞的变形性这一因素。如果是材质坚硬的微球,如四氧化三铁微球,则具有极小的变形性,而细胞的变形性往往较大。在这种情况下,即便细胞在尺寸上大于微球,但由于其变形性很大,反而更容易在微孔两侧的驱动力下穿过微孔。考虑到这个事实,应衡量微球/细胞的“等效大小”而不是“绝对大小”。也就是除了微球/细胞的尺寸,还需把变形性这一性质考虑在内。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明采用的装置和方法是一种引入外界驱动力的主动型方法,与基于随机性的被动型方法相比,在捕获效率上具有明显的优势;
2.本发明的装置,由于微孔膜上可加工大量的微孔,微孔阵列规模可以很大,从而可以实现高通量的捕获和分析;
3.本发明中,用于实现单细胞和单微球共捕获的微孔是阵列化的,而且引入的外界驱动力可控性强,易于调节,因此本发明所述的方法更容易实现自动化。
附图说明
图1为本发明实施例1中用于单细胞和单微球共捕获的装置剖视示意图;
图2为本发明实施例1中微孔膜的俯视示意图;
图3为本发明实施例1中两个相互连接的微孔捕获微球与细胞的示意图;
图4为本发明实施例1中的微孔阵列进行单细胞和单微球共捕获的结果示意图;
图5为本发明实施例2中两个相互靠近的微孔捕获微球与细胞的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述,需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。
实施例1
如图1所示,一种用于单细胞和单微球共捕获的装置,包括上部的样品腔1、下部的液体腔4以及安装在两者之间的微孔膜2,液体腔4底部设有液体管路5,微孔膜2上设有若干组微孔3。微孔膜2是采取微加工的方法在基材上加工微孔3而形成的。实验前还需预先润湿微孔膜2,使液体腔4和液体管路5中充满液体,并向样品腔1中加入一定体积的液体,使微孔膜2处于液体环境中。
现结合图1、图2和图3对本发明的单细胞单液滴共捕获方法进行进一步的说明。
如图2所示,图中的微孔阵列为6×6,实际上微孔阵列规模大于6×6,利用微加工方法在某种光胶上加工出这种微孔的阵列。将微孔膜2装载到如图1所示的捕获装置中,其上方存在样品腔1,下方存在液体腔4。装载前,应预先在液体腔4和液体管路5中装满液体,并使微孔膜充分浸润。装载微孔膜2后,及时向样品1中加入一定体积的液体。然后开启驱动源,使微孔上下两侧存在驱动力,进行微球和细胞的捕获。捕获时,先向样品腔中加入微球样品和细胞样品的一种,使微孔捕获到微球/细胞。
为了能够对微孔膜2上的捕获状况进行实时地观察,以便准确地判断捕获进程,可在样品腔1上方配备显微镜,并用照相机将显微镜捕捉到的图像实时地反映到计算机屏幕上。完成微球/细胞的捕获后,去除多余的微球/细胞,加入另一种样品,并开始进行细胞/微球的捕获。完成第二步的捕获过程后,去除多余的细胞/微球,即实现了单细胞单微球的捕获。
更具体地,实施例1中采取MICROCHEM公司的SU8光胶(一种环氧树脂)为微孔膜的材料。在进行这种微孔膜的加工时,以表面经过疏水化处理的单晶硅片为基片,以匀胶方式将SU8光胶均匀地铺在基片上,并利用微加工技术中的光刻技术在SU8光胶上加工出微孔。然后使SU8光胶从基片上脱落,成为微孔膜2。
本实施例中,每组微孔包含一大一小两个相互连接的微孔,较大的微孔为圆形,较小的微孔为三角形,每组微孔形状近似于水滴形,如图2所示,圆形直径为18微米,三角形为底边长7微米,高为6-9微米的等腰三角形。本实施例中采用的微球直径约为20微米,捕获的细胞为常规的细胞系,如人肝癌HepG2细胞,人宫颈癌Hela细胞,人肾上皮293细胞等。虽然细胞尺寸不一定小于20微米,但细胞变形性较大,因此本实施例中水滴形微孔的圆形部分用于捕获微球,尺寸更小的三角形部分用于捕获细胞,捕获顺序为先微球后细胞。如图3所示,图3的上部为俯视图,下部为侧视图,从图中可以看出,水滴形的微孔6先捕获微球7,微球占据了微孔6的圆形区域,留出三角形区域;再捕获细胞8,细胞8则被捕获在微孔6的三角形区域。
本实施例中的驱动力为负压,由真空泵提供。在真空泵的作用下,图1装置中液体流向为:样品腔→微孔膜→液体腔-液体管路。打开真空泵以后,先向样品腔中加入微球样品,使水滴形微孔的圆形区域捕获到微球,此时微孔的三角形区域也可能会捕获到微球。为了去除这些微球和其他悬浮在样品腔中的多余微球,在保持真空泵开启的情况下,用移液枪对微孔膜表面进行吹打。处于三角形区域的微球受力面积小,不稳定,容易被吹打起来,回到悬浮状态。再用移液枪吸走样品腔中的液体,为样品腔换液,即可除去多余的微球。然后往样品腔中加入细胞,进行细胞的捕获。捕获后也用吹打的方式去除多余的细胞,最后关闭真空泵。
实施例1中微球捕获时负压值范围为0.5-1.5千帕,细胞捕获时负压值范围为0.3-1.0千帕。捕获结果如图4所示。
实施例2
作为对本发明实施例2的说明,以下仅对与上述实施例1的不同之处进行说明。
如图5所示,本实施例中,每组微孔采用一大一小两个相互靠近的微孔,两个微孔均为圆形。尺寸较大的圆孔用于捕获较大的微粒,而尺寸较小的圆孔则用于捕获较小的微粒。且每组微孔中,两个微孔之间的圆心间距大于两个微孔的半径之和,小于待捕获的微球与细胞半径之和。
具体地,本实施例中用到了一种SU8光胶的微孔膜,其加工过程与实施例1中的微孔膜相同,只是在微孔构型上与之略有不同。实施例1中采取了一种水滴形的微孔,一个水滴形微孔包含一大一小两个相互连接的微孔,较大的微孔为圆形,较小的微孔为三角形。而本实施例采取的微孔构型为两个独立的圆孔组成了一组微孔,其中尺寸较大的微孔直径大约为18微米,用于捕获粒径在20微米左右的微球,尺寸较小的微孔直径为6-7微米,用于捕获细胞。
本实施例采用和实施例1相同的捕获装置对微球和细胞进行捕获。首先,打开真空泵,向样品腔中加入微球样品,使一组微孔中较大的圆形微孔捕获到微球,此时较小的圆形微孔也可能会捕获到微球。为了去除这些微球和其他悬浮在样品腔中的多余微球,在保持真空泵开启的情况下,用移液枪对微孔膜表面进行吹打。处于小圆孔的微球受力面积小,不稳定,容易被吹打起来,回到悬浮状态。再用移液枪吸走样品腔中的液体,为样品腔换液,即可除去多余的微球。然后往样品腔中加入细胞,使较小的圆形微孔捕获到细胞。捕获后也用吹打的方式去除多余的细胞,最后关闭真空泵。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于单细胞和单微球共捕获的装置,其特征在于,包括上部的样品腔、下部的液体腔以及安装在两者之间的微孔膜,所述的微孔膜上设有至少一组微孔,每组微孔包含一大一小两个相互连接或相互靠近的微孔;其中,尺寸较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒,尺寸较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。
2.根据权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置,其特征在于,每组微孔包含一大一小两个相互连接的微孔,较大的微孔为圆形,较小的微孔为三角形、梯形、椭圆形或多边形,每组微孔的整体形状近似于水滴形;每组微孔内大微孔与小微孔的中心间距小于待捕获的尺寸较大的微粒的直径。
3.根据权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置,其特征在于,每组微孔包含一大一小两个相互靠近的微孔,且两个微孔之间的中心间距小于待捕获的尺寸较大的微粒的直径;两个微孔分别为圆形、椭圆形、三角形或多边形。
4.根据权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置,其特征在于,所述微孔膜是在无机材料、有机材料或高分子聚合物材料的基材上加工而成;微孔的单孔面积在1平方纳米至100平方毫米范围内,微孔尺寸小于其所要捕获的微粒的尺寸。
5.一种单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,采用权利要求1~4任一所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置,包括以下步骤:
(1)根据待捕获的细胞和微球的尺寸,选择对应的微孔膜安装在样品腔和液体腔之间,同时确定捕获的顺序;
(2)在样品腔或液体腔或两腔中加入液体,使微孔膜处于液体环境;
(3)打开驱动源,为微孔膜的一侧或者两侧提供驱动力;
(4)在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较大的样品,在驱动力的作下,利用微孔膜上的尺寸较大的微孔对该样品进行捕获;
(5)去除样品腔内多余的微球或细胞;
(6)在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较小的样品,在驱动力的作下,利用微孔膜上的尺寸较小的微孔对该样品进行捕获;
(7)去除样品腔内多余的细胞或微球,关闭驱动源,完成共捕获。
6.根据权利要求5所述的单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,步骤(1)中,在样品腔上方设置显微镜,并用照相机将显微镜捕捉到的图像实时地反映到计算机屏幕上。
7.根据权利要求5所述的单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的驱动力包括但不限于流体压力、电场力、磁力、介电力、离心力和声波中的一种。
8.根据权利要求5所述的单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,步骤(5)的具体步骤为:用移液枪或其他工具对微孔膜表面进行吹打或搅动,处于尺寸较小微孔处的样品因受捕获驱动力小而被吹打起来,回到悬浮状态;再用移液枪吸走样品腔中的液体,为样品腔换液,从而除去多余的微球或细胞样品。
9.根据权利要求5所述的单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,步骤(7)中,在完成单细胞和单微球的共捕获后,在微孔膜上原位生成液滴,所述液滴包裹了同一组微孔上的单细胞和单微球,不同的液滴之间以油相、气相或其他不互溶相所隔离。
10.根据权利要求5所述的单细胞和单微球共捕获方法,其特征在于,步骤(7)中,在完成单细胞和单微球的共捕获后,将同一组微孔上的单细胞和单微球转移至其他的独立环境,使不同的单细胞-单微球之间存在隔离屏障,以避免不同单细胞-单微球之间的交叉污染。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111925909A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 四川大学华西医院 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法
CN115161198A (zh) * 2022-08-05 2022-10-11 广州合一生物科技有限公司 基于微孔微流控芯片的高捕获率单细胞标记装置及应用
WO2022257038A1 (zh) * 2021-06-09 2022-12-15 京东方科技集团股份有限公司 微流控芯片以及微流控装置
WO2023093887A1 (zh) * 2021-11-26 2023-06-01 复旦大学 一种打破泊松分布形成反应隔室群的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100170797A1 (en) * 2009-01-08 2010-07-08 California Institute Of Technology Device and method for single cell and bead capture and manipulation by dielectrophoresis
CN103894248A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 国家纳米科学中心 一种单细胞分析用微流控芯片和系统及单细胞分析方法
US20160313332A1 (en) * 2013-12-17 2016-10-27 The General Hospital Corporation Microfluidic devices for isolating particles
CN107012067A (zh) * 2017-04-10 2017-08-04 厦门大学 一种高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片及其应用
WO2017181186A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Vortex Biosciences, Inc. Microfluidic chips and cartridges and systems utilizing microfluidic chips and cartridges
CN107723208A (zh) * 2017-11-07 2018-02-23 浙江大学 功能化微球结合过滤芯片捕获循环肿瘤细胞的装置及其应用
CN108291186A (zh) * 2015-12-01 2018-07-17 株式会社日立高新技术 细胞分析器件、装置及使用了该装置的细胞分析方法
CN209243044U (zh) * 2018-11-06 2019-08-13 深圳华大生命科学研究院 微孔芯片及单细胞制备系统
CN110283696A (zh) * 2019-07-10 2019-09-27 中国科学院半导体研究所 一种基于复合微腔阵列的捕获芯片及其捕获方法
CN110643502A (zh) * 2019-10-27 2020-01-03 苏州济研生物医药科技有限公司 一种单细胞微流控检测芯片及其制备方法和使用方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100170797A1 (en) * 2009-01-08 2010-07-08 California Institute Of Technology Device and method for single cell and bead capture and manipulation by dielectrophoresis
US20160313332A1 (en) * 2013-12-17 2016-10-27 The General Hospital Corporation Microfluidic devices for isolating particles
CN103894248A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 国家纳米科学中心 一种单细胞分析用微流控芯片和系统及单细胞分析方法
CN108291186A (zh) * 2015-12-01 2018-07-17 株式会社日立高新技术 细胞分析器件、装置及使用了该装置的细胞分析方法
WO2017181186A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Vortex Biosciences, Inc. Microfluidic chips and cartridges and systems utilizing microfluidic chips and cartridges
CN107012067A (zh) * 2017-04-10 2017-08-04 厦门大学 一种高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片及其应用
CN107723208A (zh) * 2017-11-07 2018-02-23 浙江大学 功能化微球结合过滤芯片捕获循环肿瘤细胞的装置及其应用
CN209243044U (zh) * 2018-11-06 2019-08-13 深圳华大生命科学研究院 微孔芯片及单细胞制备系统
CN110283696A (zh) * 2019-07-10 2019-09-27 中国科学院半导体研究所 一种基于复合微腔阵列的捕获芯片及其捕获方法
CN110643502A (zh) * 2019-10-27 2020-01-03 苏州济研生物医药科技有限公司 一种单细胞微流控检测芯片及其制备方法和使用方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KANG JH, ET AL.: "A combined micromagnetic-microfluidic device for rapid capture and culture of rare circulating tumor cells", 《LAB CHIP.》 *
LAWRENZ A, ET AL.: "Geometrical effects in microfluidic-based microarrays for rapid, efficient single-cell capture of mammalian stem cells and plant cells", 《BIOMICROFLUIDICS.》 *
SHI W, ET AL.: "Magnetic particles assisted capture and release of rare circulating tumor cells using wavy-herringbone structured microfluidic devices", 《LAB CHIP.》 *
ZHOU Y, ET AL.: "A microfluidic platform for trapping, releasing and super-resolution imaging of single cells", 《SENS ACTUATORS B CHEM.》 *
刘传森: "基于微流控芯片的微井及液滴阵列细胞捕获方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)基础科学辑》 *
赵磊: "基于微流控的多重单细胞阵列构建及应用", 《中国博士学位论文全文数据库(电子期刊)基础科学辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111925909A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 四川大学华西医院 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法
WO2022257038A1 (zh) * 2021-06-09 2022-12-15 京东方科技集团股份有限公司 微流控芯片以及微流控装置
CN115867384A (zh) * 2021-06-09 2023-03-28 京东方科技集团股份有限公司 微流控芯片以及微流控装置
WO2023093887A1 (zh) * 2021-11-26 2023-06-01 复旦大学 一种打破泊松分布形成反应隔室群的方法
CN115161198A (zh) * 2022-08-05 2022-10-11 广州合一生物科技有限公司 基于微孔微流控芯片的高捕获率单细胞标记装置及应用
CN115161198B (zh) * 2022-08-05 2023-04-25 广州合一生物科技有限公司 基于微孔微流控芯片的高捕获率单细胞标记装置及应用

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