CN115121302A - 微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质 - Google Patents

微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质,涉及生物技术领域。其中，微流控芯片包括液滴传输结构、裂解液进样结构及液滴注射电极，裂解液进样结构设于液滴传输结构的一侧；液滴注射电极设于液滴传输结构的另一侧并靠近裂解液进样结构设置，液滴注射电极用于根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构与液滴传输结构选择性连通。注射电场将裂解液进样结构与液滴传输结构选择性连通，以使细胞裂解液对待处理液滴进行选择性注射，得到封装目标细胞裂解物的液滴。通过这种设置，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。

Description

微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质。
背景技术
相关技术中，通常通过液滴注射技术直接对细胞液滴进行裂解，由于细胞液滴中存在无需裂解的细胞，故通过这种方式容易对无需裂解的液滴也进行了裂解，造成细胞裂解的准确率较低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种微流控芯片及细胞裂解控制系统、方法、设备、存储介质，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。
第一方面，本发明实施例提供了一种微流控芯片，包括：
液滴传输结构；
裂解液进样结构，设于所述液滴传输结构的一侧；
液滴注射电极，设于所述液滴传输结构的另一侧并靠近所述裂解液进样结构设置，所述液滴注射电极用于根据第一识别信号生成注射电场，以使所述注射电场将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述微流控芯片还包括连续相进样结构、分散相进样结构及液滴封装结构，所述液滴封装结构的入口分别与所述连续相进样结构、所述分散相进样结构连通，所述液滴封装结构的出口与所述液滴传输结构的入口连通。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述微流控芯片还包括液滴分选电极、液滴分选传输结构、液滴分选池及废液池，所述液滴分选传输结构的入口、所述废液池均与所述液滴传输结构的出口连通，所述液滴分选传输结构的出口与所述液滴分选池连通，所述液滴分选电极设于所述液滴分选传输结构的一侧并靠近所述液滴传输结构设置；所述液滴分选电极用于根据第二识别信号生成分选电场，以使所述分选电场将来自所述液滴传输结构的封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池。
第二方面，本发明实施例还提供了一种细胞裂解控制系统，包括：
控制装置，用于获取待处理液滴的第一待处理图像并根据所述第一待处理图像输出第一识别信号；
微流控芯片，包括裂解液进样结构、液滴传输结构和液滴注射电极，所述裂解液进样结构设于所述液滴传输结构的一侧，所述液滴注射电极设于所述液滴传输结构的另一侧并靠近所述裂解液进样结构设置，所述液滴注射电极用于接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成注射电场，以使所述注射电场将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通；其中，所述待处理液滴存储于所述液滴传输结构。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述细胞裂解控制系统还包括：
电压生成装置，所述电压生成装置的输出端与所述液滴注射电极连接，所述电压生成装置用于接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成电压信号并将所述电压信号输出给所述液滴注射电极，以使所述液滴注射电极生成注射电场；
进样取样控制装置，所述进样取样控制装置分别与所述控制装置、所述微流控芯片连接。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述控制装置包括：
显微成像装置，所述显微成像装置用于获取所述待处理液滴的第一待处理图像并将所述第一待处理图像输出；
单细胞识别装置，与所述显微成像装置连接，所述单细胞识别装置用于接收所述第一待处理图像并根据所述第一待处理图像生成第一识别信号，且将所述第一识别信号输出给所述液滴注射电极。
第三方面，本发明实施例还提供了一种细胞裂解方法，应用于如第二方面任一项所述的细胞裂解控制系统，其特征在于，所述方法包括：
所述控制装置获取待处理液滴的第一待处理图像并根据所述第一待处理图像输出第一识别信号，其中，所述待处理液滴存储于所述液滴传输结构；
所述液滴注射电极接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成注射电场，所述注射电场能够将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通，以对所述待处理液滴进行选择性注射，得到封装目标细胞裂解物的液滴。
根据本发明第三方面的一些实施例，所述微流控芯片还包括液滴分选电极、液滴分选传输结构和液滴分选池，所述液滴分选传输结构的入口与所述液滴传输结构的出口连通，所述液滴分选传输结构的出口与所述液滴分选池连通，所述液滴分选电极设于所述液滴分选传输结构的一侧并靠近所述液滴传输结构设置，所述方法还包括：
所述控制装置获取封装目标细胞裂解物的液滴的第二待处理图像并根据所述第二待处理图像输出第二识别信号；
所述液滴分选电极接收所述第二识别信号并根据所述第二识别信号生成分选电场，所述分选电场能够将来自所述液滴传输结构的所述封装目标细胞裂解物的液滴引流至所述液滴分选池。
第四方面，本发明实施例还提供了另一种细胞裂解设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第三方面任意一项所述的细胞裂解方法。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第三方面任意一项所述的细胞裂解方法。
根据本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：待处理液滴存储于液滴传输结构，细胞裂解液存储于裂解液进样结构；液滴注射电极接收根据待处理液滴得到的第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构与液滴传输结构选择性连通，进而使得细胞裂解液对待处理液滴中的细胞进行裂解，得到封装目标细胞裂解物的液滴，通过这种设置，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一个实施例提供的微流控芯片的装置示意图；
图2是本发明另一实施例提供的细胞裂解控制系统的示意图；
图3是本发明另一实施例提供的液滴选择性注射装置的原理示意图；
图4是本发明另一实施例提供的单细胞分选装置的原理示意图；
图5是本发明另一实施例提供的细胞裂解方法的流程示意图。
附图标记：
细胞裂解控制系统10、微流控芯片100；
分散相进样结构110、细胞通道111、连续相进样结构112、油相通道113；
液滴传输结构120、裂解液进样结构121、液滴注射电极122、液滴注射通道123、无细胞或无目标细胞液滴124、第一封装目标细胞液滴125；
液滴分选电极130、液滴分选池131、液滴分选传输结构132、液滴分选出口133、废液池134、废液传输通道135、废液出口136、第二封装目标细胞液滴137；
计算机140、相机141、显微镜142、精密进样泵143、信号放大器144、信号发生器145。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
单细胞的选择性裂解是复杂生物样本(如血液或活组织检查)中稀有细胞或目标群体分析的主要瓶颈之一。
相关技术中，通常通过液滴注射技术直接对细胞液滴进行裂解，由于细胞液滴中存在无需裂解的细胞，故通过这种方式容易对无需裂解的液滴也进行了裂解，造成细胞裂解的准确率较低。
基于此，本发明实施例提供了一种微流控芯片100及细胞裂解控制系统10、方法、存储介质，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
本发明第一方面实施例具体提供一种微流控芯片100，参照图1和图3，微流控芯片100 包括液滴传输结构120、裂解液进样结构121及液滴注射电极122，裂解液进样结构121设于液滴传输结构120的一侧；液滴注射电极122设于液滴传输结构120的另一侧并靠近裂解液进样结构121设置，液滴注射电极122用于根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通。
本实施例中，待处理液滴存储于液滴传输结构120，细胞裂解液存储于裂解液进样结构 121；液滴注射电极122接收根据待处理液滴得到的第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通，进而使细胞裂解液对待处理液滴中的细胞进行裂解，得到封装目标细胞裂解物的液滴。通过这种设置，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。
需要说明的是，裂解液进样结构121与液滴传输结构120之间设有油水界面，细胞裂解液设置于油水界面上且位于裂解液进样结构121内；当液滴注射电极122接收第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场时，注射电场能够对裂解液进样结构121中的油水界面进行破坏，细胞裂解液对待处理液滴进行裂解，此时裂解液进样结构121与液滴传输结构120 连通；当液滴注射电极122接收第一识别信号后并未生成注射电场时，也即细胞裂解液的油水界面并未被破坏，细胞裂解液未对待处理液滴进行裂解，此时裂解液进样结构121与液滴传输结构120没有连通。
需要说明的是，裂解液进样结构121中设有液滴注射通道123，细胞裂解液及油水界面均位于液滴注射通道123内，油水界面设于液滴注射通道123与液滴传输结构120之间，液滴注射通道123与液滴传输结构120选择性连通。
参照图3，需要说明的是，本实施例所提供的微流控芯片100应用于单细胞的选择性裂解与分选，单细胞选择性裂解的具体流程为：若根据第一识别信号得到待处理液滴为第一封装目标细胞液滴125，液滴注射电极122根据第一识别信号生成注射电场，注射电场能够对细胞裂解液的油水界面进行破坏，以使裂解液进样结构121与液滴传输结构120连通，细胞裂解液对第一封装目标细胞液滴125进行裂解，得到第二封装目标细胞液滴137，其中，第二封装目标细胞液滴137为封装目标细胞裂解物的液滴；若根据第一识别信号得到待处理液滴为无细胞或无目标细胞液滴124，此时液滴注射通道123的压力保持不变，液滴注射电极 122并未生成注射电场，同时细胞裂解液不会对无细胞或无目标细胞液滴124进行注射，也即细胞裂解液不会对无细胞或无目标细胞液滴124进行裂解。
在本实施例中，裂解液进样结构121与液滴注射电极122在液滴传输结构120的两侧相对设置，液滴传输结构120、裂解液进样结构121及液滴注射电极122组成了液滴选择性注射装置。具体地，裂解液进样结构121设于液滴传输结构120的上方，液滴注射电极122设于液滴传输结构120的下方。
需要说明的是，液滴传输结构120设计较窄，以使待处理液滴被挤压，以提高液滴的注射效率，也即提高细胞裂解液对待处理液滴的裂解效率；裂解液进样结构121为渐缩结构，以便生成稳定的油水界面。
相关技术中，在单细胞裂解方面，根据裂解原理，将单细胞裂解的方法分为物理裂解法和化学裂解法两种。物理裂解法又可以分为电裂解法、激光裂解法、机械裂解法和热裂解法等。其中，电裂解法由于设计制作简单，是最常用的单细胞裂解方法，例如，ShidehKabiri Ameri等人提出了一种便携式实验室芯片设备，可以实现全自动捕获和裂解单细胞的同时监测单细胞捕获与裂解的效率，此设备虽然实现了对单细胞的捕获和裂解，但无法实现可选择性的进行单细胞裂解。激光裂解法由于自身灵活性强的特点，在可选择性单细胞裂解方面有很大优势，例如，Christian Witte等人提出了一种利用光诱导电场在空间上选择一个单细胞进行裂解的方法，实现了单细胞的选择性裂解，但是这种方法对于单细胞样品的提取仍不友好。为了解决单细胞选择性裂解和样品提取的问题，Kirk Mutafopulos等人提出了一款基于声流体的单细胞选择性裂解平台，利用声场的高频震动，选择性裂解单细胞，同时利用液滴技术提取单细胞样品，该物理裂解法虽然解决了单细胞选择性裂解和样品提取的问题，但是物理裂解法在单细胞蛋白分析中存在可能破坏单细胞内蛋白这一无法避免的弊端，而化学裂解法通过选用合适的裂解液，可以实现单细胞内蛋白无损裂解；其中，单细胞化学裂解法最常用的方法就是利用捕获阵列实现单细胞捕获与分离，再利用裂解液实现单细胞裂解，但是这种方法无法实现单细胞的选择性裂解且无法实现样品的提取，只能进行原位检测。为了解决上述问题，提出了数字微流控技术的单细胞裂解方案，该方法通过控制液滴移动，将裂解的单细胞样品提取出来，但其仍无法实现可选择性裂解。由此又提供了一种液滴注射技术，其在单细胞选择性裂解领域具有很大应用潜力，但现有的液滴注射技术的注射效率较低。基于此，本实施例提供了一种微流控芯片100，该微流控芯片100采用一种基于液滴注射技术的单细胞选择性裂解方案，能够实现细胞选择性裂解，提高了对细胞进行裂解的准确率，同时提高了液滴的注射效率，实现高效的单细胞选择性裂解。
可以理解的是，参照图1，微流控芯片100还包括连续相进样结构112、分散相进样结构110及液滴封装结构，液滴封装结构的入口分别与连续相进样结构112、分散相进样结构 110连通，液滴封装结构的出口与液滴传输结构120的入口连通。
需要说明的是，连续相进样结构112用于存储油相，分散相进样结构110用于存储细胞悬液，连续相进样结构112、分散相进样结构110及液滴封装结构组成液滴单细胞封装装置。油相在液滴封装结构处对细胞悬液进行封装，得到第一封装目标细胞液滴125。第一封装目标细胞液滴125从液滴传输结构120的入口进入，并流动至第一单细胞识别区被识别并生成第一识别信号，液滴注射电极122根据第一识别信号生成注射电场，注射电场对裂解液进样结构121中的油水界面进行破坏，以使细胞裂解液从裂解液进样结构121流动至液滴传输结构120并对第一封装目标细胞液滴125中的细胞进行裂解，得到第二封装目标细胞液滴137。其中，第一单细胞识别区为液滴传输结构120中靠近液滴注射电极122与裂解液进样结构121 的区域。
需要说明的是，液滴封装结构包括细胞通道111与油相通道113，分散相进样结构110 与细胞通道111连通，连续相进样结构112与油相通道113连通，且细胞通道111与油相通道113连通，液滴传输结构120与细胞通道111、油相通道113在细胞通道111与油相通道113连通处连通。
需要说明的是，液滴封装结构在液滴生成即油相在液滴封装结构处对细胞悬液进行封装处设计为突缩结构，用于通过挤压法使油相对细胞悬液进行封装生成第一封装目标细胞液滴 125。通过这种设置，实现单细胞的高效封装。
可以理解的是，参照图1和图4，微流控芯片100还包括液滴分选电极130、液滴分选传输结构132、液滴分选池131及废液池134，液滴分选传输结构132的入口、废液池134 均与液滴传输结构120的出口连通，液滴分选传输结构132的出口与液滴分选池131连通，液滴分选电极130设于液滴分选传输结构132的一侧并靠近液滴传输结构120设置；液滴分选电极130用于根据第二识别信号生成分选电场，以使分选电场将来自液滴传输结构120的封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池131。
需要说明的是，微流控芯片100还包括废液传输通道135，液滴传输结构120的出口分别与液滴分选传输结构132的入口、废液传输通道135的入口连通，废液传输通道135的出口与废液池134连通。
在本实施例中，液滴分选传输结构132与液滴分选池131均设于液滴传输结构120的上侧，废液传输通道135与废液池134均设于液滴传输结构120的下侧。
需要说明的是，得到封装目标细胞裂解物的液滴后，封装目标细胞裂解物的液滴位于液滴传输结构120并向第二单细胞识别区流动，封装目标细胞裂解物的液滴流动至第二单细胞识别区被识别并生成第二识别信号，液滴分选电极130接收第二识别信号并根据第二识别信号生成分选电场，分选电场将封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池131，完成对单细胞液滴的分选。其中，第二单细胞识别区为液滴传输结构120中靠近液滴分选传输结构132 和废液传输通道135的区域，分选电场为高频高压电场。
需要说明的是，对单细胞液滴分选的具体流程为：若根据第二识别信号得到液滴为第二封装目标细胞液滴137，液滴分选电极130根据第二识别信号生成分选电场，在分选电场产生的介电力的作用下将第二封装目标细胞液滴137经液滴分选传输结构132引流至液滴分选池131，其中，第二封装目标细胞液滴137为封装目标细胞裂解物的液滴；若根据第二识别信号得到液滴为无细胞或无目标细胞液滴124，此时液滴注射通道123的压力保持不变，液滴分选电极130并未生成分选电场，此时由于流动通道的设计，液滴经过废液传输通道135 流向废液池134。利用这种液滴分选技术，提取分选后的液滴样品，实现单细胞裂解样品高效无污染的提取。
需要说明的是，液滴分选池131设有液滴分选出口133，废液池134设有废液出口136，废液传输通道135相比于液滴分选传输结构132设计的更宽，以使流阻更小，从而诱导液滴在液滴分选电极130不工作的状态下流向废液池134。液滴分选电极130设计在液滴分选传输结构132一端，当第二封装目标细胞液滴137通过第二单细胞识别区时，液滴分选电极130 生成分选电场，在分选电场产生的介电力的作用下将第二封装目标细胞液滴137经液滴分选传输结构132引流至液滴分选池131内。
需要说明的是，本实施例提供集成液滴单细胞封装、液滴选择性注射以及单细胞液滴分选功能的微流控芯片100，可以实现单细胞的高效封装、液滴高效注射、单细胞选择性裂解与分选。
第二方面，本发明实施例还提供了一种细胞裂解控制系统10，参照图2，细胞裂解控制系统10包括控制装置和微流控芯片100，控制装置用于获取待处理液滴的第一待处理图像并根据第一待处理图像输出第一识别信号；微流控芯片100包括裂解液进样结构121、液滴传输结构120和液滴注射电极122，裂解液进样结构121设于液滴传输结构120的一侧，液滴注射电极122设于液滴传输结构120的另一侧并靠近裂解液进样结构121设置，液滴注射电极122用于接收第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通；其中，待处理液滴存储于液滴传输结构120。
需要说明的是，液滴注射电极122接收第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，注射电场能够对裂解液进样结构121中的油水界面进行破坏，使裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通，以便细胞裂解液对待处理液滴进行裂解，得到封装目标细胞裂解物的液滴。
需要说明的是，微流控芯片100还包括液滴分选电极130、液滴分选传输结构132、液滴分选池131及废液池134，液滴分选传输结构132的入口、废液池134均与液滴传输结构120的出口连通，液滴分选传输结构132的出口与液滴分选池131连通，液滴分选电极130 设于液滴分选传输结构132的一侧并靠近液滴传输结构120设置。控制装置获取封装目标细胞裂解物的液滴的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号给液滴分选电极130；液滴分选电极130接收第二识别信号并根据第二识别信号生成分选电场，分选电场能够将封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池131。
可以理解的是，参照图2，细胞裂解控制系统10还包括电压生成装置和进样取样控制装置，电压生成装置的接收端与控制装置连接，电压生成装置的输出端与液滴注射电极122连接，电压生成装置用于接收第一识别信号并根据第一识别信号生成电压信号并将电压信号输出给液滴注射电极122，以使液滴注射电极122生成注射电场；进样取样控制装置分别与控制装置、微流控芯片100连接。
需要说明的是，参照图2，电压生成装置包括信号放大器144和信号发生器145，信号放大器144和信号发生器145电连接，信号发生器145与控制装置连接，信号放大器144分别与微流控芯片100中的液滴注射电极122、液滴分选电极130连接；信号发生器145用于生成高频电压信号并将高频电压信号输出给信号放大器144，信号放大器144用于接收高频电压信号并将高频电压信号进行放大输出给液滴注射电极122或液滴分选电极130。
需要说明的是，电压信号为高频高压信号；电压生成装置还用于接收第一识别信号并根据第一识别信号生成电压信号并将电压信号输出给液滴分选电极130，以使液滴分选电极130 生成分选电场。
需要说明的是，微流控芯片100还包括连续相进样结构112、分散相进样结构110及液滴封装结构，液滴封装结构的入口分别与连续相进样结构112、分散相进样结构110连通，液滴封装结构的出口与液滴传输结构120的入口连通。
在本实施例中，进样取样控制装置为精密进样泵143，精密进样泵143分别与连续相进样结构112的入口、分散相进样结构110的入口、裂解液进样结构121、液滴分选出口133及废液出口136连接，控制装置控制精密进样泵143，以控制微流控芯片100内的压力。精密进样泵143分别将细胞悬液、油相细胞裂解液引流至微流控芯片100并接收来自于微流控芯片100的第二封装目标细胞液滴137及废液。
具体地，若根据第一识别信号得到待处理液滴为无细胞或无目标细胞液滴124，控制装置通过控制精密进样泵143以使液滴注射通道123的压力保持不变，进而保证裂解液进样结构121内油水界面的稳定，此时细胞裂解液不会对无细胞或无目标细胞液滴124进行裂解，无细胞或无目标细胞液滴124在液滴传输结构120流动至第二单细胞识别区被控制装置识别；控制装置获取无细胞或无目标细胞液滴124的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号，控制装置根据该第二识别信号控制电压生成装置保持关闭状态，此时由于流动通道的设计，无细胞或无目标细胞液滴124经过废液传输通道135流向废液池134，精密进样泵143控制分选出的废液滴也即无细胞或无目标细胞液滴124从废液出口136提取出来。
若根据第一识别信号得到待处理液滴为第一封装目标细胞液滴125，控制装置控制精密进样泵143加压同时电压生成装置打开，液滴注射电极122接通，电压生成装置将经过放大的高频电压信号输出给液滴注射电极122以生成注射电场，注射电场能够对细胞裂解液的油水界面进行破坏，以使裂解液进样结构121与液滴传输结构120连通，也即液滴注射通道123 与液滴传输结构120连通，细胞裂解液对第一封装目标细胞液滴125中的细胞进行裂解，得到第二封装目标细胞液滴137，第二封装目标细胞液滴137在液滴传输结构120流动至第二单细胞识别区被控制装置识别；控制装置获取第二封装目标细胞液滴137的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号，控制装置根据该第二识别信号控制电压生成装置生成高频电压信号，高频电压信号作用在液滴分选电极130上以生成分选电场，并在分选电场产生的介电力的作用下将第二封装目标细胞液滴137经液滴分选传输结构132引流至液滴分选池131，精密进样泵143控制分选出的第二封装目标细胞液滴137从液滴分选出口133 提取出来。
可以理解的是，参照图2，所述控制装置包括：
显微成像装置，显微成像装置用于获取待处理液滴的第一待处理图像并将第一待处理图像输出；
单细胞识别装置，与显微成像装置连接，单细胞识别装置用于接收第一待处理图像并根据第一待处理图像生成第一识别信号，且将第一识别信号输出给液滴注射电极122。
需要说明的是，参照图2，显微成像装置包括显微镜142、相机141及光学组件，其中，光学组件包括汞灯、滤光片等光学组件用于提供荧光激发信号，以对待处理液滴、封装目标细胞裂解物的液滴及无细胞或无目标细胞液滴124进行识别；控制装置还包括硬件控制软件，计算机140用于运行控制软件并完成相关计算，协调控制各个相关硬件工作。
需要说明的是，单细胞识别装置与硬件控制软件均是基于python开发得到的，单细胞识别装置也即单细胞识别软件利用差分法对比识别照片与背景照片之间的差异，对液滴内是否包裹目标单细胞进行判断。具体地，分别对第一待处理图像进行第一差分处理得到第一识别信号，对第二待处理图像进行第二差分处理得到第二识别信号，同时硬件控制软件分别根据第一识别信号与第二识别信号生成相应的控制信号，并根据控制信号控制进样系统和电压生成系统工作。
第三方面，本发明实施例还提供了一种细胞裂解方法，应用于如第二方面任一项所述的细胞裂解控制系统10，参照图5，方法包括但不限于以下步骤：
步骤S100，控制装置获取待处理液滴的第一待处理图像并根据第一待处理图像输出第一识别信号，其中，待处理液滴存储于液滴传输结构120；
步骤S200，液滴注射电极122接收第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，注射电场能够将裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通，以对待处理液滴进行选择性注射，得到封装目标细胞裂解物的液滴。
在本实施例中，待处理液滴存储于液滴传输结构120，细胞裂解液存储于裂解液进样结构121；控制装置获取待处理液滴的第一待处理图像并根据第一待处理图像输出第一识别信号，液滴注射电极122接收第一识别信号并根据第一识别信号生成注射电场，以使注射电场将裂解液进样结构121与液滴传输结构120选择性连通，以使细胞裂解液对待处理液滴进行选择性注射，得到封装目标细胞裂解物的液滴。通过这种方法，能够实现细胞选择性裂解，同时提高了对细胞进行裂解的准确率。
需要说明的是，控制装置获取待处理液滴的第一待处理图像并根据第一待处理图像输出第一识别信号，若根据第一识别信号得到待处理液滴为无细胞或无目标细胞液滴124，控制装置通过控制精密进样泵143以使液滴注射通道123的压力保持不变，进而保证裂解液进样结构121内油水界面的稳定，此时细胞裂解液不会对无细胞或无目标细胞液滴124进行裂解；若根据第一识别信号得到待处理液滴为第一封装目标细胞液滴125，控制装置控制精密进样泵143加压同时电压生成装置打开，液滴注射电极122接通，电压生成装置将经过放大的高频电压信号输出给液滴注射电极122以生成注射电场，注射电场能够对细胞裂解液的油水界面进行破坏，以使裂解液进样结构121与液滴传输结构120连通，细胞裂解液对第一封装目标细胞液滴125中的细胞进行裂解，得到第二封装目标细胞液滴137。
可以理解的是，参照图5，微流控芯片100还包括液滴分选电极130、液滴分选传输结构132和液滴分选池131，液滴分选传输结构132的入口与液滴传输结构120的出口连通，液滴分选传输结构132的出口与液滴分选池131连通，液滴分选电极130设于液滴分选传输结构132的一侧并靠近液滴传输结构120设置，方法还包括但不限于以下步骤：
步骤S300，控制装置获取封装目标细胞裂解物的液滴的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号；
步骤S400，液滴分选电极130接收第二识别信号并根据第二识别信号生成分选电场，分选电场能够将来自液滴传输结构120的封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池131。
需要说明的是，微流控芯片100还包括废液池134和废液传输通道135，废液传输通道 135的入口与液滴传输结构120的出口连通，废液传输通道135的出口与废液池134连通。液滴分选传输结构132与液滴分选池131均设于液滴传输结构120的上侧，废液传输通道135与废液池134均设于液滴传输结构120的下侧。
在一些实施例中，当无细胞或无目标细胞液滴124在液滴传输结构120流动至第二单细胞识别区被控制装置识别，控制装置获取无细胞或无目标细胞液滴124的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号，控制装置根据该第二识别信号控制电压生成装置保持关闭状态，此时由于流动通道的设计，无细胞或无目标细胞液滴124经过废液传输通道135 流向废液池134，精密进样泵143控制分选出的废液滴也即无细胞或无目标细胞液滴124从废液出口136提取出来。
在一些实施例中，第二封装目标细胞液滴137也即封装目标细胞裂解物的液滴在液滴传输结构120流动至第二单细胞识别区被控制装置识别，控制装置获取第二封装目标细胞液滴 137的第二待处理图像并根据第二待处理图像输出第二识别信号，控制装置根据该第二识别信号控制电压生成装置生成高频电压信号，高频电压信号作用在液滴分选电极130上以生成分选电场，并在分选电场产生的介电力的作用下将第二封装目标细胞液滴137经液滴分选传输结构132引流至液滴分选池131，精密进样泵143控制分选出的第二封装目标细胞液滴137 从液滴分选出口133提取出来。
另外，本发明第四方面实施例还提供了一种细胞裂解设备，该细胞裂解设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序。
处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
实现上述第三方面实施例的细胞裂解方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的细胞裂解方法，例如，执行以上描述的图5 中的方法步骤S100至S400。
以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
此外，本发明一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的细胞裂解方法，例如，执行以上描述的图5中的方法步骤S100至S400。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
需说明的是，上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明实施例不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明实施例宗旨的前提下作出各种变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体地”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：
液滴传输结构；
裂解液进样结构，设于所述液滴传输结构的一侧；
液滴注射电极，设于所述液滴传输结构的另一侧并靠近所述裂解液进样结构设置，所述液滴注射电极用于根据第一识别信号生成注射电场，以使所述注射电场将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括连续相进样结构、分散相进样结构及液滴封装结构，所述液滴封装结构的入口分别与所述连续相进样结构、所述分散相进样结构连通，所述液滴封装结构的出口与所述液滴传输结构的入口连通。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括液滴分选电极、液滴分选传输结构、液滴分选池及废液池，所述液滴分选传输结构的入口、所述废液池均与所述液滴传输结构的出口连通，所述液滴分选传输结构的出口与所述液滴分选池连通，所述液滴分选电极设于所述液滴分选传输结构的一侧并靠近所述液滴传输结构设置；所述液滴分选电极用于根据第二识别信号生成分选电场，以使所述分选电场将来自所述液滴传输结构的封装目标细胞裂解物的液滴引流至液滴分选池。
4.一种细胞裂解控制系统，其特征在于，包括：
控制装置，用于获取待处理液滴的第一待处理图像并根据所述第一待处理图像输出第一识别信号；
微流控芯片，包括裂解液进样结构、液滴传输结构和液滴注射电极，所述裂解液进样结构设于所述液滴传输结构的一侧，所述液滴注射电极设于所述液滴传输结构的另一侧并靠近所述裂解液进样结构设置，所述液滴注射电极用于接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成注射电场，以使所述注射电场将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通；其中，所述待处理液滴存储于所述液滴传输结构。
5.根据权利要求4所述的细胞裂解控制系统，其特征在于，所述细胞裂解控制系统还包括：
电压生成装置，所述电压生成装置的接收端与所述控制装置连接，所述电压生成装置的输出端与所述液滴注射电极连接，所述电压生成装置用于接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成电压信号并将所述电压信号输出给所述液滴注射电极，以使所述液滴注射电极生成注射电场；
进样取样控制装置，所述进样取样控制装置分别与所述控制装置、所述微流控芯片连接。
6.根据权利要求4所述的细胞裂解控制系统，其特征在于，所述控制装置包括：
显微成像装置，所述显微成像装置用于获取所述待处理液滴的第一待处理图像并将所述第一待处理图像输出；
单细胞识别装置，与所述显微成像装置连接，所述单细胞识别装置用于接收所述第一待处理图像并根据所述第一待处理图像生成第一识别信号，且将所述第一识别信号输出给所述液滴注射电极。
7.一种细胞裂解方法，应用于如权利要求4至6任一项所述的细胞裂解控制系统，其特征在于，所述方法包括：
所述控制装置获取待处理液滴的第一待处理图像并根据所述第一待处理图像输出第一识别信号，其中，所述待处理液滴存储于所述液滴传输结构；
所述液滴注射电极接收所述第一识别信号并根据所述第一识别信号生成注射电场，所述注射电场能够将所述裂解液进样结构与所述液滴传输结构选择性连通，以对所述待处理液滴进行选择性注射，得到封装目标细胞裂解物的液滴。
8.根据权利要求7所述的细胞裂解方法，其特征在于，所述微流控芯片还包括液滴分选电极、液滴分选传输结构和液滴分选池，所述液滴分选传输结构的入口与所述液滴传输结构的出口连通，所述液滴分选传输结构的出口与所述液滴分选池连通，所述液滴分选电极设于所述液滴分选传输结构的一侧并靠近所述液滴传输结构设置，所述方法还包括：
所述控制装置获取封装目标细胞裂解物的液滴的第二待处理图像并根据所述第二待处理图像输出第二识别信号；
所述液滴分选电极接收所述第二识别信号并根据所述第二识别信号生成分选电场，所述分选电场能够将来自所述液滴传输结构的所述封装目标细胞裂解物的液滴引流至所述液滴分选池。
9.一种细胞裂解设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至8任意一项所述的细胞裂解方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求7至8任意一项所述的细胞裂解方法。
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