CN111925909A - 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

本发明属于细胞捕获技术领域，公开了一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法，芯片外壳内一体化设置有一圈隔板，隔板中部镂空；弹性膜层，弹性活动卡接于膜层隔板上侧，包括设置在隔板上部的夹持板与夹持层中间设置的弹性膜；液流层，液流层位于弹性膜层与芯片外壳上侧的盖板之间，分别通过位于芯片外壳两端的液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通；储液层，储液层位于隔板下侧，通过出液孔与外界连通，出液孔内设置有电磁阀门；驱动装置，用以驱使弹性膜的局部区域产生趋向液流通道的形变和/或位移，从而在弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经弹性膜的单细胞和单微球。本发明捕获效率高，且能够实现自动化。

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
本发明属于细胞捕获技术领域，尤其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
目前：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及功能差异，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，忽略细胞个体之间的异质性等关键信息。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异质性，了解每个细胞的遗传特异性及代谢等机制问题。
从大量细胞中获得单个细胞是进行单细胞培养与分析的关键。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，单细胞捕获效率低、细胞活性也很差。而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的单个细胞，在单细胞捕获培养研究方面已经有多个成功的应用范例。
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。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的单微球和单细胞共捕获方法包裹概率很低，造成捕获率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，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。
本发明是这样实现的，一种用于单细胞和单微球共捕获的方法包括以下步骤：
步骤一，根据待捕获的细胞和微球的尺寸，选择对应型号的弹性膜层，将弹性膜层通过夹持板卡接在液流层和储液层之间的隔板上；
步骤二，在芯片外壳上端盖设透明盖板，通过两侧的液流输入管道、液流输出管道向液流层和储液层中加入液体，使弹性膜处于液体环境；
步骤三，将液流输入管道、液流输出管道保持开启状态，在液流层中加入微球样品和细胞样品中尺寸较大的样品；
步骤四，打开弹性膜上侧的驱动装置，为弹性膜的上侧提供驱动力，在驱动力的作用下，将液流层中的液流通过出液孔配出，利用弹性膜上的尺寸较大的微孔对该样品进行捕获；
步骤五，将液流输出管道输出的液体进行收集，并通过液流输入管道进行重新输入；
步骤六，捕获完成后，停止液流输入管道的液流输入，去除样品腔内多余的微球或细胞；
步骤七，在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较小的样品，开启液流输入管道的输入状态，在驱动力的作下，利用微孔膜上的尺寸较小的微孔对样品中的小尺寸微球或细胞进行捕获；
步骤八，小尺寸微球或细胞捕获完成后，去除样品腔内多余的细胞或微球，关闭驱动源，完成共捕获；
步骤九，分别从液流输入管道、液流输出管道通入PBS溶液进行清洗，洗去通道中残余的细胞和微球；
步骤十，通过盖板上方的显微镜对捕获过程进行实时录制采集，并将显微镜捕捉到的图像进行图像处理后，实时地反映到计算机屏幕上。
进一步，所述步骤一中，选择对应型号的弹性膜层时，不同型号的弹性膜层的微孔大小和密度均不同。
进一步，步骤四中，所述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。
进一步，步骤八中，在完成单细胞和单微球的共捕获后，打开电磁阀，将捕获后的单细胞和单微球进行收集。
进一步，所述步骤十中，将显微镜捕捉到的图像进行图像处理时，采用的图像处理方法为：
(1)对待识别细胞或微球的尺寸、圆度、灰度参数进行设定；
(2)将采集的彩色图像转换为灰度图像，对灰度图像进行滤波、图像二值化处理，去除图像数据中的干扰；
(3)对图像进行边缘提取，提取出成封闭区域的细胞或微球个体，追踪相邻的边缘像素，通过检测每个像素和其邻域的状态形成图像的线条；
(4)通过链表得到封闭的图像线条，再计算每个封闭区域的尺寸、圆度、对比度，当尺寸、圆度、对比度在用户设定的参数范围内，即可确定为需要捕获的细胞或微球。
本发明的另一目的在于提供一种用于单细胞和单微球共捕获的装置，所述用于单细胞和单微球共捕获的装置设置有：
芯片外壳；
所述芯片外壳内一体化设置有一圈隔板，所述隔板中部镂空；
弹性膜层，所述弹性活动卡接于所述膜层隔板上侧，包括设置在所述隔板上部的夹持板与夹持层中间设置的弹性膜；
液流层，所述液流层位于所述弹性膜层与芯片外壳上侧的盖板之间，分别通过位于所述芯片外壳两端的液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通；
储液层，所述储液层位于所述隔板下侧，通过出液孔与外界连通，所述出液孔内设置有电磁阀门；
驱动装置，用以驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述弹性膜的单细胞和单微球。
进一步，所述弹性膜上开设有至少三组微孔组，每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，所述两个微孔相互连接或相互靠近；其中，直径较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒，直径较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。
进一步，所述每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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；每组微孔组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。
进一步，所述每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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。
进一步，所述弹性膜材质为无机材料、有机材料或高分子聚合物材料，并经过加工获得弹性膜；所述微孔的单孔面积在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。
进一步，所述盖板为透明玻璃加工而成。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明结构简单合理，能够自由拆卸组合，便于更换弹性膜型号，且通过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；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，因此本发明的方法更容易实现自动化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于单细胞和单微球共捕获方法流程图。
图2是本发明实施例提供的用于单细胞和单微球共捕获的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的弹性膜层的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的弹性膜的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的芯片外壳的结构示意图；
图中：1、外壳；2、隔板；3、夹持板；4、弹性膜；5、液流输入管道；6、盖板；7、液流输出管道；8、出液孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
针对现有技术存在的问题，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，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于单细胞和单微球共捕获的方法包括以下步骤：
S101，根据待捕获的细胞和微球的尺寸，选择对应型号的弹性膜层，将弹性膜层通过夹持板卡接在液流层和储液层之间的隔板上；
S102，在芯片外壳上端盖设透明盖板，通过两侧的液流输入管道、液流输出管道向液流层和储液层中加入液体，使弹性膜处于液体环境；
S103，将液流输入管道、液流输出管道保持开启状态，在液流层中加入微球样品和细胞样品中尺寸较大的样品；
S104，打开弹性膜上侧的驱动装置，为弹性膜的上侧提供驱动力，在驱动力的作用下，将液流层中的液流通过出液孔配出，利用弹性膜上的尺寸较大的微孔对该样品进行捕获；
S105，将液流输出管道输出的液体进行收集，并通过液流输入管道进行重新输入；
S106，捕获完成后，停止液流输入管道的液流输入，去除样品腔内多余的微球或细胞；
S107，在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较小的样品，开启液流输入管道的输入状态，在驱动力的作下，利用微孔膜上的尺寸较小的微孔对样品中的小尺寸微球或细胞进行捕获；
S108，小尺寸微球或细胞捕获完成后，去除样品腔内多余的细胞或微球，关闭驱动源，完成共捕获；
S109，分别从液流输入管道、液流输出管道通入PBS溶液进行清洗，洗去通道中残余的细胞和微球；
S110，通过盖板上方的显微镜对捕获过程进行实时录制采集，并将显微镜捕捉到的图像进行图像处理后，实时地反映到计算机屏幕上。
本发明实施例中的步骤S101中，选择对应型号的弹性膜层时，不同型号的弹性膜层的微孔大小和密度均不同。
本发明实施例中的步骤S104中，所述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。
本发明实施例中的步骤S108中，在完成单细胞和单微球的共捕获后，打开电磁阀，将捕获后的单细胞和单微球进行收集。
本发明实施例中的步骤S110中，将显微镜捕捉到的图像进行图像处理时，采用的图像处理方法为：
(1)对待识别细胞或微球的尺寸、圆度、灰度参数进行设定；
(2)将采集的彩色图像转换为灰度图像，对灰度图像进行滤波、图像二值化处理，去除图像数据中的干扰；
(3)对图像进行边缘提取，提取出成封闭区域的细胞或微球个体，追踪相邻的边缘像素，通过检测每个像素和其邻域的状态形成图像的线条；
(4)通过链表得到封闭的图像线条，再计算每个封闭区域的尺寸、圆度、对比度，当尺寸、圆度、对比度在用户设定的参数范围内，即可确定为需要捕获的细胞或微球。
如图2-图5所示，本发明提供的用于单细胞和单微球共捕获的装置设置有芯片外壳；芯片外壳内一体化设置有一圈隔板，隔板中部镂空；
弹性膜层，弹性活动卡接于膜层隔板上侧，包括设置在隔板上部的夹持板与夹持层中间设置的弹性膜；
液流层，液流层位于弹性膜层与芯片外壳上侧的盖板之间，分别通过位于芯片外壳两端的液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通；
储液层，储液层位于隔板下侧，通过出液孔与外界连通，出液孔内设置有电磁阀门；
驱动装置，用以驱使弹性膜的局部区域产生趋向液流通道的形变和/或位移，从而在弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经弹性膜的单细胞和单微球。
本发明实施例中的弹性膜上开设有至少三组微孔组，每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，两个微孔相互连接或相互靠近；其中，直径较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒，直径较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。
本发明实施例中的每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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；每组微孔组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。
本发明实施例中的每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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。
本发明实施例中的弹性膜材质为无机材料、有机材料或高分子聚合物材料，并经过加工获得弹性膜；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。
本发明实施例中的盖板为透明玻璃加工而成。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖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方法，其特征在于，所述用于单细胞和单微球共捕获的方法包括以下步骤：
步骤一，根据待捕获的细胞和微球的尺寸，选择对应型号的弹性膜层，将弹性膜层通过夹持板卡接在液流层和储液层之间的隔板上；
步骤二，在芯片外壳上端盖设透明盖板，通过两侧的液流输入管道、液流输出管道向液流层和储液层中加入液体，使弹性膜处于液体环境；
步骤三，将液流输入管道、液流输出管道保持开启状态，在液流层中加入微球样品和细胞样品中尺寸较大的样品；
步骤四，打开弹性膜上侧的驱动装置，为弹性膜的上侧提供驱动力，在驱动力的作用下，将液流层中的液流通过出液孔配出，利用弹性膜上的尺寸较大的微孔对该样品进行捕获；
步骤五，将液流输出管道输出的液体进行收集，并通过液流输入管道进行重新输入；
步骤六，捕获完成后，停止液流输入管道的液流输入，去除样品腔内多余的微球或细胞；
步骤七，在样品腔中加入微球样品和细胞样品中尺寸较小的样品，开启液流输入管道的输入状态，在驱动力的作下，利用微孔膜上的尺寸较小的微孔对样品中的小尺寸微球或细胞进行捕获；
步骤八，小尺寸微球或细胞捕获完成后，去除样品腔内多余的细胞或微球，关闭驱动源，完成共捕获；
步骤九，分别从液流输入管道、液流输出管道通入PBS溶液进行清洗，洗去通道中残余的细胞和微球；
步骤十，通过盖板上方的显微镜对捕获过程进行实时录制采集，并将显微镜捕捉到的图像进行图像处理后，实时地反映到计算机屏幕上。
2.如权利要求1所述的用于的方法，其特征在于，所述步骤一中，选择对应型号的弹性膜层时，不同型号的弹性膜层的微孔大小和密度均不同。
3.如权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的方法，其特征在于，步骤四中，所述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。
4.如权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的方法，其特征在于，步骤八中，在完成单细胞和单微球的共捕获后，打开电磁阀，将捕获后的单细胞和单微球进行收集。
5.如权利要求1所述的用于单细胞和单微球共捕获的方法，其特征在于，所述步骤十中，将显微镜捕捉到的图像进行图像处理时，采用的图像处理方法为：
(1)对待识别细胞或微球的尺寸、圆度、灰度参数进行设定；
(2)将采集的彩色图像转换为灰度图像，对灰度图像进行滤波、图像二值化处理，去除图像数据中的干扰；
(3)对图像进行边缘提取，提取出成封闭区域的细胞或微球个体，追踪相邻的边缘像素，通过检测每个像素和其邻域的状态形成图像的线条；
(4)通过链表得到封闭的图像线条，再计算每个封闭区域的尺寸、圆度、对比度，当尺寸、圆度、对比度在用户设定的参数范围内，即可确定为需要捕获的细胞或微球。
6.一种实时权利要求1-5任意一项所述的用于单细胞和单微球共捕获的方法的用于单细胞和单微球共捕获的装置，其特征在于，所述单细胞和单微球共捕获的装置设置有：
芯片外壳；
所述芯片外壳内一体化设置有一圈隔板，所述隔板中部镂空；
弹性膜层，所述弹性活动卡接于所述膜层隔板上侧，包括设置在所述隔板上部的夹持板与夹持层中间设置的弹性膜；
液流层，所述液流层位于所述弹性膜层与芯片外壳上侧的盖板之间，分别通过位于所述芯片外壳两端的液流输入管道、液流输出管道的接口与芯片外部连通；
储液层，所述储液层位于所述隔板下侧，通过出液孔与外界连通，所述出液孔内设置有电磁阀门；
驱动装置，用以驱使所述弹性膜的局部区域产生趋向所述液流通道的形变和/或位移，从而在所述弹性膜层与液流层之间形成用于截留流经所述弹性膜的单细胞和单微球。
7.如权利要求6所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置，其特征在于，所述弹性膜上开设有至少三组微孔组，每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，所述两个微孔相互连接或相互靠近；其中，直径较大的微孔用于捕获单细胞和单微球中较大的微粒，直径较小的微孔用于捕获单细胞和单微球中较小的微粒。
8.如权利要求6所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置，其特征在于，所述每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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；每组微孔组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。
9.如权利要求6所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置，其特征在于，所述每组微孔组包括两个直径大小不同的微孔，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。
10.如权利要求6所述的用于单细胞和单微球共捕获的装置，其特征在于，所述弹性膜材质为无机材料、有机材料或高分子聚合物材料，并经过加工获得弹性膜；所述微孔的单孔面积在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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112574853A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 深圳先进技术研究院 用于单细胞磁珠配对的高通量微流控芯片、配对方法及液滴阵列形成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109182081A (zh) * 2018-08-22 2019-01-11 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 一种基于图像处理模型的单细胞分选系统
CN109321437A (zh) * 2018-11-15 2019-02-12 中南大学湘雅二医院 一种能够防止细胞破裂的过滤装置
CN209210783U (zh) * 2018-11-07 2019-08-06 深圳华大生命科学研究院 微流控芯片
CN111254046A (zh) * 2020-01-21 2020-06-09 浙江大学 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109182081A (zh) * 2018-08-22 2019-01-11 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 一种基于图像处理模型的单细胞分选系统
CN209210783U (zh) * 2018-11-07 2019-08-06 深圳华大生命科学研究院 微流控芯片
CN109321437A (zh) * 2018-11-15 2019-02-12 中南大学湘雅二医院 一种能够防止细胞破裂的过滤装置
CN111254046A (zh) * 2020-01-21 2020-06-09 浙江大学 一种用于单细胞和单微球共捕获的装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112574853A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 深圳先进技术研究院 用于单细胞磁珠配对的高通量微流控芯片、配对方法及液滴阵列形成方法
CN112574853B (zh) * 2020-12-14 2023-03-10 深圳先进技术研究院 用于单细胞磁珠配对的高通量微流控芯片、配对方法及液滴阵列形成方法

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