CN114618598A - 一种单细胞分选微流控芯片 - Google Patents

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CN114618598A CN202011458719.1A CN202011458719A CN114618598A CN 114618598 A CN114618598 A CN 114618598A CN 202011458719 A CN202011458719 A CN 202011458719A CN 114618598 A CN114618598 A CN 114618598A
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王琨
关一民
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    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
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    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
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Abstract

本发明提供一种单细胞分选微流控芯片，包括进样口、出样口及依次连接于进样口与出样口之间的多个捕获单元，捕获单元包括细胞流动通道、绕行通道、单细胞捕获通道及单细胞收集通道，其中，细胞流动通道的出口、绕行通道的入口及单细胞收集通道的入口相连以组成三通结构，后一捕获单元的细胞流动通道的入口与前一捕获单元的绕行通道的出口相连，单细胞捕获通道的入口与绕行通道的流入段的管壁连接，单细胞捕获通道的出口与绕行通道的流出段的管壁连接。本发明通过控制流阻及捕获位置的尺寸，可实现单细胞的拦截。同时结合驱动部件，使单细胞收集更加便捷高效。此外，微柱阵列避免了多细胞团和杂质对后续通道的堵塞，保证了单细胞分选的流畅性。

Description

一种单细胞分选微流控芯片
技术领域
本发明属于微流控和细胞分选技术领域，涉及一种单细胞分选微流控芯片。
背景技术
细胞是生命活动的基本单位，基于单细胞水平的研究能够在更深层次上揭示生命活动的发展规律。单细胞分选是单细胞研究的基础和关键。目前，单细胞分选主要有微针吸取法、显微切割、有限稀释法、微孔阵列和基于微流控的分选方法。当前方法面临着操作难度大、效率低、细胞损伤及多细胞获取等问题，不利于后续分析。因此，单细胞研究中亟需一种操作简单、细胞损伤小和高单细胞率的高效分选方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单细胞分选微流控芯片，用于解决现有技术中单细胞分选方法操作难度大、效率低、细胞损伤及多细胞获取等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单细胞分选微流控芯片，包括：
进样口；
出样口；
多个捕获单元，依次连接于所述进样口与所述出样口之间，所述捕获单元包括细胞流动通道、绕行通道、单细胞捕获通道及单细胞收集通道，其中，所述细胞流动通道的出口、所述绕行通道的入口及所述单细胞收集通道的入口相连以组成三通结构，后一所述捕获单元的所述细胞流动通道的入口与前一所述捕获单元的所述绕行通道的出口相连，所述单细胞捕获通道的入口与所述绕行通道的流入段的管壁连接，所述单细胞捕获通道的出口与所述绕行通道的流出段的管壁连接。
可选地，所述单细胞捕获通道的入口尺寸大于所述单细胞捕获通道的出口尺寸，且所述单细胞捕获通道的出口尺寸设置为小于单个待分选细胞的通过尺寸。
可选地，所述单细胞捕获通道的流阻小于所述绕行通道的流阻，且所述单细胞捕获通道设置为仅能容纳单个待分选细胞。
可选地，所述单细胞收集通道的出口处设有用以将捕获的单细胞喷出的驱动部件。
可选地，所述驱动部件包括热泡打印头、微阀及电磁阀中的一种。
可选地，所述进样口与第一个所述捕获单元之间连接有一过渡通道，所述过渡通道内设有微柱阵列，所述微柱阵列包括多根间隔设置的微柱。
可选地，所述过渡通道的入口尺寸大于所述过渡通道的出口尺寸。
可选地，所述细胞流动通道的通过尺寸设置为仅允许单个待分选细胞通过。
可选地，所述绕行通道来回弯折至少一次。
可选地，所述单细胞收集通道呈直线型。
如上所述，本发明的单细胞分选微流控芯片可通过匹配捕获通道和绕行通道的流阻比例，使捕获通道的流阻小于绕行通道的流阻，同时捕获位置的尺寸设计为仅能容纳单个细胞，实现单细胞的拦截。同时，结合驱动部件，例如热泡打印头、PDMS微阀、电磁阀等，使细胞收集更加便捷高效。此外，微柱阵列避免了多细胞团和杂质对后续通道的堵塞，保证了单细胞分选的流畅性。
附图说明
图1显示为本发明的单细胞分选微流控芯片的俯视图。
图2显示为先利用所述捕获单元完成单细胞的捕获的示意图。
图3显示为利用热泡打印头完成单细胞的收集的示意图。
元件标号说明
1 进样口
2 出样口
3 捕获单元
301 细胞流动通道
302 绕行通道
303 单细胞捕获通道
304 单细胞收集通道
4 流道板
5 过渡通道
6 微柱阵列
7 驱动部件
8 单细胞
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例中提供一种单细胞分选微流控芯片，请参阅图1，显示为单细胞分选微流控芯片的俯视图，包括进样口1、出样口2及多个捕获单元3，多个所述捕获单元3依次连接于所述进样口1与所述出样口2之间。
具体的，所述进样口1、所述出样口2及所述捕获单元3可基于流道板4制作，流道板可以为多层结构，其材质包括但不限于硅、亚克力等。除了所述进样口1及所述出样口2，所述捕获单元3的通道四周可处于封闭状态。
具体的，所述捕获单元3包括细胞流动通道301、绕行通道302、单细胞捕获通道303及单细胞收集通道304，其中，所述细胞流动通道301的出口、所述绕行通道302的入口及所述单细胞收集通道304的入口相连以组成三通结构，后一所述捕获单元3的所述细胞流动通道301的入口与前一所述捕获单元3的所述绕行通道302的出口相连，所述单细胞捕获通道303的入口与所述绕行通道302的流入段的管壁连接，所述单细胞捕获通道303的出口与所述绕行通道302的流出段的管壁连接。
作为示例，所述细胞流动通道301的通过尺寸设置为仅允许单个待分选细胞通过。
作为示例，所述单细胞捕获通道303的流阻设置为小于所述绕行通道302的流阻，从而确保流过的细胞优先流向所述单细胞捕获通道303并实现细胞拦截。
具体的，可通过调整通道尺寸、通道长度通道的图形等来控制通道的流阻，例如，通道长度越长，流阻越大。
作为示例，所述绕行通道302来回弯折至少一次以增大流阻。本实施例中，所述绕行通道302呈U型，所述单细胞捕获通道303大致呈直线型，所述单细胞收集通道304呈直线型。在其它实施例中，所述绕行通道302、所述单细胞捕获通道303及所述细胞收集通道304的图形、尺寸可以根据需要进行调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。
作为示例，所述单细胞捕获通道303的入口尺寸大于所述单细胞捕获通道303的出口尺寸，且所述单细胞捕获通道303的出口尺寸设置为小于单个待分选细胞的通过尺寸，从而使得单细胞进入所述单细胞捕获通道303之后无法通过所述单细胞捕获通道303的出口排出。
本实施例中，所述单细胞捕获通道303设置为仅能容纳单个待分选细胞，细胞拦截后，所述单细胞捕获通道303的流阻增加，后续细胞优先流向所述绕行通道302，确保所述单细胞捕获通道303中的单细胞拦截精度。
作为示例，所述进样口1与第一个所述捕获单元3之间连接有一过渡通道5，本实施例中，所述过渡通道5的入口尺寸大于所述过渡通道5的出口尺寸，且所述过渡通道5的通过尺寸是渐变的，有利于细胞悬浮液逐渐过渡流入后续通道。
作为示例，所述过渡通道5内设有微柱阵列6，所述微柱阵列6包括多根间隔设置的微柱。所述微柱阵列6用于拦截杂质和多细胞团，防止其堵塞后续通道。在细胞悬浮液经过各个捕获单元3之后，多余的细胞从所述出样口2流出。
作为示例，所述单细胞收集通道304的出口处设有用以将捕获的单细胞喷出的驱动部件7。所述驱动部件7包括但不限于热泡打印头、微阀(例如聚二甲基硅氧烷PDMS微阀)及电磁阀中的一种。
本实施例中，所述驱动部件7优选采用热泡打印头，其包括与所述单细胞收集通道304的出口相连的喷嘴及集成在通道底部的加热膜，利用加热膜的瞬间高温使上方的液体气化，从而产生气泡推动液体流动并从喷嘴喷出，接着后续液体进行补充。
具体的，本实施例的单细胞分选微流控芯片对单细胞的分选分为两个过程：(1)单细胞捕获；(2)单细胞收集。请参阅图2，显示为先利用所述捕获单元3完成单细胞8的捕获的示意图。请参阅图3，显示为利用热泡打印头完成单细胞8的收集的示意图，其中，加热膜加热液体产生气泡推动液体流动的这一过程将单细胞8带离拦截位置(所述单细胞捕获通道303)，并将单细胞8从喷嘴喷出到指定容器内，实现细胞收集。热泡打印头具有响应快、驱动力强、便于控制、易于集成和微型化的优点，为单细胞便捷高效的分选提供了保障。
本实施例的单细胞分选微流控芯片可通过匹配捕获通道和绕行通道的流阻比例，使捕获通道的流阻小于绕行通道的流阻，同时捕获位置的尺寸设计为仅能容纳单个细胞，实现单细胞的拦截。同时，结合驱动部件，例如热泡打印头、PDMS微阀、电磁阀等，使细胞收集更加便捷高效。此外，微柱阵列避免了多细胞团和杂质对后续通道的堵塞，保证了单细胞分选的流畅性。
实施例二
本实施例采用实施例一所述的微流控芯片进行单细胞分选。
具体的，对于某种特定的细胞，将该细胞的悬浮液通入到所述微流控芯片中，所述微柱阵列过滤掉杂质和多细胞团，确保后续通道中的单细胞流动。当细胞流过捕获单元时，由于所述单细胞捕获通道的流阻小于所述绕行通道的流阻，细胞优先拦截在所述单细胞捕获通道中，导致所述单细胞捕获通道流阻增大，后续细胞只能由所述绕行通道流向下一个捕获单元，保证单细胞的捕获精度。捕获单元的设计与细胞尺寸息息相关。当细胞尺寸发生变化时，改变捕获通道的宽度，使捕获位置仅能容纳单个细胞，同时，改变绕行通道的长度，使其流阻大于改变后捕获通道的流阻，即能实现不同尺寸的单细胞捕获。细胞捕获后，触发下方的热泡打印头，将细胞从喷孔喷出，实现单细胞的收集。
综上所述，本发明的单细胞分选微流控芯片可通过匹配捕获通道和绕行通道的流阻比例，使捕获通道的流阻小于绕行通道的流阻，同时捕获位置的尺寸设计为仅能容纳单个细胞，实现单细胞的拦截。同时，结合驱动部件，例如热泡打印头、PDMS微阀、电磁阀等，使细胞收集更加便捷高效。此外，微柱阵列避免了多细胞团和杂质对后续通道的堵塞，保证了单细胞分选的流畅性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种单细胞分选微流控芯片，其特征在于，包括：
进样口；
出样口；
多个捕获单元，依次连接于所述进样口与所述出样口之间，所述捕获单元包括细胞流动通道、绕行通道、单细胞捕获通道及单细胞收集通道，其中，所述细胞流动通道的出口、所述绕行通道的入口及所述单细胞收集通道的入口相连以组成三通结构，后一所述捕获单元的所述细胞流动通道的入口与前一所述捕获单元的所述绕行通道的出口相连，所述单细胞捕获通道的入口与所述绕行通道的流入段的管壁连接，所述单细胞捕获通道的出口与所述绕行通道的流出段的管壁连接。
2.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述单细胞捕获通道的入口尺寸大于所述单细胞捕获通道的出口尺寸，且所述单细胞捕获通道的出口尺寸设置为小于单个待分选细胞的通过尺寸。
3.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述单细胞捕获通道的流阻小于所述绕行通道的流阻，且所述单细胞捕获通道设置为仅能容纳单个待分选细胞。
4.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述单细胞收集通道的出口处设有用以将捕获的单细胞喷出的驱动部件。
5.根据权利要求4所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述驱动部件包括热泡打印头、微阀及电磁阀中的一种。
6.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述进样口与第一个所述捕获单元之间连接有一过渡通道，所述过渡通道内设有微柱阵列，所述微柱阵列包括多根间隔设置的微柱。
7.根据权利要求6所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述过渡通道的入口尺寸大于所述过渡通道的出口尺寸。
8.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述细胞流动通道的通过尺寸设置为仅允许单个待分选细胞通过。
9.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述绕行通道来回弯折至少一次。
10.根据权利要求1所述的单细胞分选微流控芯片，其特征在于：所述单细胞收集通道呈直线型。
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CN112574851A (zh) * 2019-09-30 2021-03-30 上海傲睿科技有限公司 一种单细胞筛选器、筛选组件、筛选方法及应用

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