CN113073029B - 用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法，包括：基底层和改性激光作用层；所述基底层对分选激光透明，对所述改性激光作用层起支撑作用；所述基底层设置有微阱结构，配合改性激光作用层更好的实现网格化结构层；所述改性激光作用层包括：交替相连的亲水区域与疏水区域形成的网格化结构层；本发明在分选芯片上加工网格阵列，网格内部进行亲水修饰，网格之间进行疏水修饰，通过亲水区域和疏水区域的巧妙配合，结合科学的分选操作，有效提升了分选活体细胞的成功率和分选效率，该芯片结构设计科学合理，制造方便，适合推广。

Description

用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法
技术领域
本发明属于细胞分选技术领域，尤其是用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法。
背景技术
激光弹射转移技术(基于激光诱导前向转移原理的微颗粒物转移技术)、激光显微切割技术能够精准转移分选芯片上的生物样品，现已经广泛用于细胞的精准分选。
目前在分选芯片上制备活体细胞样品方式有两种：
一种是直接将含有细胞的溶液涂敷在分选芯片上；此时溶液的厚度通常较厚，激光弹射转移、激光显微切割很难控制细胞突破溶液层实现分选；
另一种方式为，将细胞与甘油、海藻酸盐等保水物质混合，在分选芯片上均匀涂敷成薄膜，进行分选；细胞在薄膜内部保持活性状态，激光弹射转移后其活性变化不大，故可以完成活体细胞的转移分选；但甘油、海藻酸盐与细胞混合的同时，很有可能改变细胞的原位性质，也会造成分选得到的细胞的使用价值降低。
发明内容
为了克服上述技术不足，本发明提供用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法，本发明在分选芯片上加工网格阵列，网格内部进行亲水修饰，网格之间进行疏水修饰，通过亲水区域和疏水区域的巧妙配合，结合科学的分选操作，有效提升了分选活体细胞的成功率和分选效率，该芯片结构设计科学合理，制造方便，适合推广。
用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法，其中：
用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，包括：基底层和改性激光作用层；
进一步的，所述基底层对分选激光透明，对所述改性激光作用层起支撑作用；
作为一种举例说明，所述基底层采用：氧化物、硅酸盐或聚合物中的一种或几种组合加工制作；
作为一种优选举例说明，所述基底层为：SU-8、聚二甲基硅氧烷、石英、蓝宝石或氟化镁材质制作；
进一步的，为了更好的实现待分选活体细胞的成功率，所述基底层设置有微阱结构，配合所述改性激光作用层更好的实现网格化结构层；所述亲水区域设置在所述微阱结构底部，所述疏水区域设置在微阱结构边沿以及微阱结构侧壁，所述每个微阱结构均能装载进入一个或者若干个待分选细胞；
作为一种举例说明，具有微阱结构的基底层，能够更好的协助亲水区域和疏水区域完成细胞悬浮液的切割；
作为另一种举例说明，所述疏水区域设置在所述微阱结构底部，所述亲水区域设置在微阱结构边沿以及微阱结构侧壁；
进一步的，所述改性激光作用层包括：交替相连的亲水区域与疏水区域形成的网格化结构层；对所述网格化结构层中的每个网格内部进行亲水修饰，形成亲水区域；对所述网格化结构层中的每个网格隔断进行疏水修饰，形成疏水区域；最终形成多组改性网格；所述改性激光作用层用于吸收分选激光后发生形变，将分选细胞样品推离基底层，实现分选；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层采用：金属、金属氧化物、非金属氧化物或聚合物中的一种或多种组合加工制作；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层采用：金、铜、铝、钛、二氧化钛、二氧化硅或氧化铟锡中的一种或者多种组合加工制成；
作为一种举例说明，在所述改性激光作用层上旋涂分选细胞样品液层，所述疏水区域因疏水效果形成对液层的变相切割；亲水区域能够诱导细胞样品液层铺张，极大拉低液层的厚度，使得分选细胞更容易突破较薄液层完成分选，大大提升了激光转移技术从缓冲液中分选活体细胞的成功率；
作为一种举例说明，在油相介质中，分散含有待分选细胞的水相小液滴，疏水区域与亲水区域亦非常容易进行水相液滴的转移，实现活体细胞的高质量分选；每组改性网格内，设置为亲水区域，其表面均为亲水分子，能诱导细胞活性兼容介质在整个亲水区域铺展，能够排斥油性物质进入，且物理隔离不同区域的油性物质；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层可单独由亲水区域或者疏水区域中的一种浸润状态区域构成；
作为一种举例说明，所述亲水区域为一层或者多层亲水分子；所述的亲水区域能吸附水性物质，并诱导其在整个亲水区域铺展，能够排斥油性物质进入，且物理隔离不同区域的油性物质；
作为一种举例说明，所述亲水分子为：氨基、羧基、羟基、磺酸基团或磷酸基团分子中的一种或组合；
作为另一种举例说明，所述亲水区域为一层亲水微纳结构；
作为一种举例说明，所述疏水区域为一层或者多层疏水分子；所述的疏水区域能够吸附油性物质，并诱导其在整个疏水区域铺展，能排斥水性物质进入，且能够物理分离不同亲水区域内的水性物质；
作为一种举例说明，所述疏水分子为：烷基或氟化烷基类分子基团中的一种或组合；
作为另一种举例说明，所述的疏水区域为一层疏水微纳结构；
作为一种原理举例说明，所述形变是指：激光诱导弹射转移技术推离样品所用的介质薄层体积膨胀，弹射分选样品；
作为一种原理举例说明，所述的形变，也可以为激光显微切割分选样品所用的介质薄层割裂，割裂的介质薄层携带样品脱离基底层；
进一步的，所述亲水区域与疏水区域形成的改性网格中，每组改性网格均是独立封闭或半开放的；
作为一种举例说明，每组改性网格的横截面相同，其形状为：圆形、矩形、菱形等形状的一种或者多种形状组合后的复合形状；
作为一种应用举例说明，横截面为圆形的改性网格分选球菌效果最佳；
作为一种应用举例说明，横截面为椭圆形的改性网格分选杆菌效果最佳；
作为一种举例说明，所述改性网格的横截面，其面积在：0.01平方微米至1平方毫米；
作为一种应用举例说明，所述改性网格的横截面面积为：0.25至25平方微米的改性网格时，分选大肠杆菌的效果最佳；
作为一种应用举例说明，所述改性网格的横截面面积为：25至2500平方微米的改性网格，分选人血液循环肿瘤细胞的效果最佳；
用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的分选方法，包括：
步骤一、采用水性物质或者油性物质制作细胞悬浮液；
作为一种举例说明，所述水性物质，是指能够分散微颗粒物样品，能够维持生物样品活性的物质；
作为一种举例说明，所述水性物质为：水、水溶液、凝胶，其中凝胶优选生物培养基、磷酸缓冲液、甘油水溶液、聚乙二醇水溶液等物质；
作为一种举例说明，所述油性物质为，能够分散微颗粒样品，能够分散包裹了分选样品的水性物质液滴，为不能与水互溶的物质；
作为一种应用举例说明，所述油性物质为高分子量液态有机物，优选矿物油。
步骤二、在改性激光作用层上涂敷制作好的细胞悬浮液；
进一步的，当使用刮刀涂敷机涂敷作业时，设置刮刀与改性激光作用层之间的角度为锐角，此举能更有效地与亲水区域以及疏水区域配合完成对悬浮液的切割；
进一步的，当使用旋转涂膜机涂敷作业时，通过控制涂膜机的转速，与亲水区域以及疏水区域配合完成对细胞悬浮液的切割；
步骤三、将本发明分选芯片与细胞分选设备结合，进行细胞分选；
此外，可以通过微流控技术，制作包含细胞的水相小液滴的油相悬浮液，使用上述刮刀涂膜、旋转涂膜方法，在本芯片上涂膜并完成对细胞悬浮液膜的切割。
作为一种举例说明，在形成水性薄膜时，将细胞悬浮液涂敷在亲水区域和疏水区域上后；此时疏水区域就会切断细胞悬浮液，使其成为局限在亲水区域中的小液滴；同时在亲水区域表面及液滴表面张力的作用下，小液滴的厚度远远低于旋涂在普通芯片上悬浮液层的厚度；即亲水区域与疏水区域的作用下，含有目标细胞的悬浮液被分割成小液滴薄层，大大提升激光转移技术从缓冲液中分选活体细胞的成功率。不同亲水区域内的细胞之间不能通过悬浮液相互作用，分选某个亲水区域内细胞时，其他亲水区域内的细胞不受影响；分选细胞不需要突破旋涂在普通芯片上的较厚的、成片连接的悬浮液，就不需要较大的、可能造成细胞损伤的分选激光能量。
作为一种举例说明，在形成油性薄膜时，含有细胞的水相小液滴会受到疏水区域的排斥作用，倾向于富集在油性薄膜的表面。亲水区域会排斥油相介质，完成对油相薄膜的切割；因为油水之间的摩擦力很小，而且油层很薄，此时非常容易进行水相液滴的转移，实现活体细胞的分选。
注：(亲水表面：吸水、排斥油；疏水表面：吸油、排斥水)
本发明的有益效果：
1、本发明亲水区域与疏水区域的独特结构，结合基底层的微阱结构，有效的形成了物理分割，使得样品液滴靠自然张力以及亲水、疏水区域的表面张力结合后，形成厚度远低于普通芯片的薄膜，易于激光转移技术分选活体细胞；
2、本发明结构设计巧妙，制造加工难度低，易于推广应用；
3、本发明操作简便，流程安全可靠，易于提高分选效率。
附图说明
图1是本发明用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的结构示意图
图2是本发明用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的具备微阱结构的基底层的整体结构示意图
图3是本发明用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的基底层为平面的芯片整体结构示意图
图4是本发明用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的网格化结构层平面示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
详见图1至图4所示，用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片及分选方法，其中：
用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，包括：基底层101和改性激光作用层102；
进一步的，所述基底层101对分选激光透明，对所述改性激光作用层102起支撑作用；
作为一种举例说明，所述基底层101采用：氧化物、硅酸盐或聚合物中的一种或几种组合加工制作；
作为一种优选举例说明，所述基底层101为：石英、蓝宝石或氟化镁材质制作；
进一步的，为了更好的实现待分选活体细胞的成功率，所述基底层101设置有微阱结构201，配合所述改性激光作用层102更好的实现网格化结构层；亲水区域202设置在所述微阱结构201底部，疏水区域203设置在微阱结构201边沿以及微阱结构201侧壁，所述每个微阱结构201均能装载进入一个或者若干个待分选细胞；
作为一种举例说明，具有微阱结构201的基底层101，能够更好的协助亲水区域202和疏水区域203完成细胞悬浮液的切割；
进一步的，所述改性激光作用层102包括：交替相连的亲水区域201与疏水区域203形成的网格化结构层；对所述网格化结构层中的每个网格内部进行亲水修饰，形成亲水区域201；对所述网格化结构层中的每个网格隔断进行疏水修饰，形成疏水区域203；最终形成多组改性网格；所述改性激光作用层102用于吸收分选激光后发生形变，将分选细胞样品推离基底层101，实现分选；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层102采用：金属、金属氧化物、非金属氧化物或聚合物中的一种或多种组合加工制作；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层102采用：金、铜、铝、钛、二氧化钛、二氧化硅或氧化铟锡中的一种或者多种组合加工制成；
作为一种举例说明，在所述改性激光作用层102上旋涂分选细胞样品液层，所述疏水区域因疏水效果形成对液层的变相切割；亲水区域能够诱导细胞样品液层铺张，极大拉低液层的厚度，使得分选细胞更容易突破较薄液层完成分选，大大提升了激光转移技术从缓冲液中分选活体细胞的成功率；
作为一种举例说明，在油相介质中，分散含有待分选细胞的水相小液滴，疏水区域203与亲水区域202亦非常容易进行水相液滴的转移，实现活体细胞的高质量分选；每组改性网格内，设置为亲水区域202，其表面均为亲水分子，能诱导细胞活性兼容介质在整个亲水区域铺展，能够排斥油性物质进入，且物理隔离不同区域的油性物质；
作为一种举例说明，所述改性激光作用层102可单独由亲水区域202或者疏水区域203中的一种浸润状态区域构成；
作为一种举例说明，所述亲水区域202为一层或者多层亲水分子；所述的亲水区域202能吸附水性物质，并诱导其在整个亲水区域202铺展，能够排斥油性物质进入，且物理隔离不同区域的油性物质；
作为一种举例说明，所述亲水分子为：氨基、羧基、羟基、磺酸基团或磷酸基团分子中的一种或组合；
作为另一种举例说明，所述亲水区域202为一层亲水微纳结构；
作为一种举例说明，所述疏水区域203为一层或者多层疏水分子；所述的疏水区域203能够吸附油性物质，并诱导其在整个疏水区域203铺展，能排斥水性物质进入，且能够物理分离不同亲水区域202内的水性物质；
作为一种举例说明，所述疏水分子为：烷基或氟化烷基类分子基团中的一种或组合；
作为另一种举例说明，所述的疏水区域203为一层疏水微纳结构；
作为一种原理举例说明，所述形变是指：激光诱导弹射转移技术推离样品所用的介质薄层体积膨胀，弹射分选样品；
作为一种原理举例说明，所述的形变，也可以为激光显微切割分选样品所用的介质薄层割裂，割裂的介质薄层携带样品脱离基底层；
进一步的，所述亲水区域202与疏水区域203形成的改性网格中，每组改性网格均是独立封闭或半开放的；
作为一种举例说明，每组改性网格的横截面相同，其形状为：圆形、矩形、菱形等形状的一种或者多种形状组合后的复合形状；
作为一种应用举例说明，横截面为圆形的改性网格分选球菌效果最佳；
作为一种应用举例说明，横截面为椭圆形的改性网格分选杆菌效果最佳；
作为一种举例说明，所述改性网格的横截面，其面积在：0.01平方微米至1平方毫米；
作为一种应用举例说明，所述改性网格的横截面面积为：0.25至25平方微米的改性网格时，分选大肠杆菌的效果最佳；
作为一种应用举例说明，所述改性网格的横截面面积为：25至2500平方微米的改性网格，分选人血液循环肿瘤细胞的效果最佳；
用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的分选方法，包括：
步骤一、采用水性物质或者油性物质制作细胞悬浮液；
作为一种举例说明，所述水性物质，是指能够分散微颗粒物样品，能够维持生物样品活性的物质；
作为一种举例说明，所述水性物质为：水、水溶液、凝胶，其中凝胶优选生物培养基、磷酸缓冲液、甘油水溶液、聚乙二醇水溶液等物质；
作为一种举例说明，所述油性物质为，能够分散微颗粒样品，能够分散包裹了分选样品的水性物质液滴，为不能与水互溶的物质；
作为一种应用举例说明，所述油性物质为高分子量液态有机物，优选矿物油。
步骤二、在改性激光作用层102上涂敷制作好的细胞悬浮液；
进一步的，当使用刮刀涂敷机涂敷作业时，设置刮刀与改性激光作用层102之间的角度为锐角，此举能更有效地与亲水区域202以及疏水区域203配合完成对悬浮液的切割；
进一步的，当使用旋转涂膜机涂敷作业时，通过控制涂膜机的转速，与亲水区域202以及疏水区域203配合完成对细胞悬浮液的切割；
步骤三、将本发明分选芯片与细胞分选设备结合，进行细胞分选；
此外，可以通过微流控技术，制作包含细胞的水相小液滴的油相悬浮液，使用上述刮刀涂膜、旋转涂膜方法，在本芯片上涂膜并完成对细胞悬浮液膜的切割。
作为一种举例说明，在形成水性薄膜时，将细胞悬浮液涂敷在亲水区域202和疏水区域203上后；此时疏水区域203就会切断细胞悬浮液，使其成为局限在亲水区域202中的小液滴；同时在亲水区域202表面及液滴表面张力的作用下，小液滴的厚度远远低于旋涂在普通芯片上悬浮液层的厚度；即亲水区域202与疏水区域203的作用下，含有目标细胞的悬浮液被分割成小液滴薄层，大大提升激光转移技术从缓冲液中分选活体细胞的成功率。
作为一种举例说明，在形成油性薄膜时，含有细胞的水相小液滴会受到疏水区域203的排斥作用，倾向于富集在油性薄膜的表面。亲水区域202会排斥油相介质，完成对油相薄膜的切割；因为油水之间的摩擦力很小，而且油层很薄，此时非常容易进行水相液滴的转移，实现活体细胞的分选。
注：(亲水表面：吸水、排斥油；疏水表面：吸油、排斥水)
另一种结构的实施例：所述基底层101为平面的结构层，此时所述改性激光作用层102亦为平面的结构层；所述基底层101用于支撑所述改性激光作用层102；
本发明亲水区域202与疏水区域203的独特结构，结合基底层101的微阱结构，有效的形成了物理分割，使得样品液滴靠自然张力以及亲水、疏水区域的表面张力结合后，形成厚度远低于普通芯片的薄膜，易于激光转移技术分选活体细胞；本发明结构设计巧妙，制造加工难度低，易于推广应用；本发明操作简便，流程安全可靠，易于提高分选效率。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，包括：基底层和改性激光作用层；
所述基底层对分选激光透明，对所述改性激光作用层起支撑作用；
所述改性激光作用层包括：交替相连的亲水区域与疏水区域形成的网格化结构层；对所述网格化结构层中的每个网格内部进行亲水修饰，形成亲水区域；对所述网格化结构层中的每个网格隔断进行疏水修饰，形成疏水区域；最终形成多组改性网格；所述改性激光作用层用于吸收分选激光后发生形变，将分选细胞样品推离基底层，实现分选；所述亲水区域与疏水区域形成的改性网格中，每组改性网格均是独立封闭或半开放的；
为了更好的实现待分选细胞的成功率，所述基底层设置有微阱结构，配合所述改性激光作用层更好的实现网格化结构层；所述亲水区域设置在基所述微阱结构底部，所述疏水区域设置在微阱结构边沿以及微阱结构侧壁，所述每个微阱结构均能装载进入一个或者若干个待分选细胞。
2.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，所述基底层为：SU-8、聚二甲基硅氧烷、石英、蓝宝石或氟化镁材质制作。
3.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，所述改性激光作用层采用：金、铜、铝、钛、二氧化钛、二氧化硅或氧化铟锡中的一种或者多种组合加工制成。
4.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，所述亲水区域为一层或者多层亲水分子；所述的亲水区域能吸附水性物质，并诱导水性物质在整个亲水区域铺展，所述亲水区域能够排斥油性物质进入，且物理隔离不同区域的油性物质；所述亲水分子为：氨基、羧基、羟基、磺酸基团或磷酸基团分子中的一种或组合；
所述疏水区域为一层或者多层疏水分子；所述的疏水区域能够吸附油性物质，并诱导油性物质在整个疏水区域铺展，疏水区域能排斥水性物质进入，且能够物理分离不同亲水区域内的水性物质；所述疏水分子为：烷基或氟化烷基类分子基团中的一种或组合。
5.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，所述亲水区域为一层亲水微纳结构；所述的疏水区域为一层疏水微纳结构。
6.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，所述形变是指激光诱导弹射转移技术推离样品所用的介质薄层体积膨胀，弹射分选样品；所述的形变也可以为激光显微切割分选样品所用的介质薄层割裂，割裂的介质薄层携带样品脱离基底层。
7.根据权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片，其特征在于，每组改性网格的横截面相同，其形状为：圆形、矩形、菱形中的一种或者多种形状组合后的复合形状；
横截面为圆形的改性网格用于分选球菌；横截面为椭圆形的改性网格用于分选杆菌；所述改性网格的横截面，其面积在：0.01平方微米至1平方毫米；所述改性网格的横截面面积为：0.25至25平方微米的改性网格时，用于分选大肠杆菌；所述改性网格的横截面面积为：25至2500平方微米的改性网格，用于分选人血液循环肿瘤细胞。
8.基于权利要求1所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的分选方法，其特征在于，包括：
步骤一、采用水性物质或者油性物质制作细胞悬浮液；
步骤二、在改性激光作用层上涂敷制作好的细胞悬浮液；
当使用刮刀涂敷机涂敷作业时，设置刮刀与改性激光作用层之间的角度为锐角，此举能更有效地与亲水区域以及疏水区域配合完成对悬浮液的切割；
当使用旋转涂膜机涂敷作业时，通过控制涂膜机的转速，与亲水区域以及疏水区域配合完成对细胞悬浮液的切割；
步骤三、将本发明分选芯片与细胞分选设备结合，进行细胞分选；
可以通过微流控技术，制作包含细胞的水相小液滴的油相悬浮液，使用刮刀涂膜或旋转涂膜方法，在改性激光作用层上涂膜并完成对细胞悬浮液膜的切割，
在形成水性薄膜时，将细胞悬浮液涂敷在亲水区域和疏水区域上后；此时疏水区域就会切断细胞悬浮液，使其成为局限在亲水区域中的小液滴；不同亲水区域内的细胞之间不能通过悬浮液相互作用，分选一个亲水区域内细胞时，其他亲水区域内的细胞不受影响；分选细胞不需要突破旋涂在普通芯片上的较厚的、成片连接的悬浮液，就不需要较大的、会造成细胞损伤的分选激光能量，大大提升激光转移技术从缓冲液中分选活体细胞的成功率；
在形成油性薄膜时，含有细胞的水相小液滴会受到疏水区域的排斥作用，倾向于富集在油性薄膜的表面，亲水区域会排斥油相介质，完成对油相薄膜的切割；因为油水之间的摩擦力很小，而且油层很薄，此时非常容易进行水相液滴的转移，实现活体细胞的分选。
9.根据权利要求8所述的用于激光诱导转移的浸润改性细胞分选芯片的分选方法，其特征在于，所述水性物质，是指能够分散微颗粒物样品，能够维持生物样品活性的物质；具体为：水、水溶液、凝胶，其中凝胶优选生物培养基、磷酸缓冲液、甘油水溶液、聚乙二醇水溶液；
所述油性物质为，能够分散微颗粒样品，能够分散包裹了分选样品的水性物质液滴，为不能与水互溶的物质；具体为高分子量液态有机物类的矿物油。
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