CN115166255B - 微流控芯片及单细胞检测系统、方法、存储介质 - Google Patents

微流控芯片及单细胞检测系统、方法、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单细胞检测系统、方法、存储介质，应用于单细胞检测领域，微流控芯片设置有：液滴层设置有单细胞入口、油入口以及液滴封装区、油水分离区；液滴封装区的入口与单细胞入口、油入口连通，油水分离区与液滴封装区的出口连通；检测层位于液滴层的一侧，检测层设置有检测区以及油水分离电极，检测区靠近油水分离区设置，油水分离电极用于生成对油水分离区的液滴进行油水分离的分离电场并将分离后的液滴引流至检测区。油水分离电极生成的分离电场能够破坏油水分离区液滴附近的油膜，使得液滴进行油水分离，并将液滴引流至检测区，此设置实现了油水分离技术与液滴单细胞检测之间的兼容，提升了油水分离的效率。

Description

微流控芯片及单细胞检测系统、方法、存储介质
技术领域
本发明涉及单细胞检测技术领域，特别涉及一种微流控芯片及单细胞检测系统、方法、存储介质。
背景技术
蛋白质作为单细胞的重要组分是生命活动的基础，因此，单细胞蛋白质分析对于单细胞组学分析和单细胞生物学特别是单细胞的特异性研究具有重要意义。相关技术中，单细胞蛋白质分析通常采用微流控技术，微流控技术，特别是液滴微流控技术，可以实现对单细胞甚至单分子的精确捕获与控制，同时拥有极高的检测精度。然而，由于液滴的形成需要油水两相，而检测过程中特别是荧光检测过程中，油相影响检测效果。因此，在检测前的油水分离成为基于液滴微流控技术实现单细胞蛋白质检测的一个重要的流程和难点。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微流控芯片及单细胞检测系统、方法、存储介质，能够实现油水分离技术与液滴单细胞蛋白质检测之间的兼容，提高了单细胞液滴样品提取的效率。
第一方面，本发明提供一种微流控芯片，所述微流控芯片设置有：
液滴层，所述液滴层设置有单细胞入口、油入口以及液滴封装区、油水分离区；所述液滴封装区的入口与所述单细胞入口、所述油入口连通，所述油水分离区与所述液滴封装区的出口连通；
检测层，所述检测层位于所述液滴层的一侧，所述检测层设置有检测区以及油水分离电极，所述检测区靠近所述油水分离区设置，所述油水分离电极用于生成对所述油水分离区的液滴进行油水分离的分离电场并将分离后的所述液滴引流至所述检测区。
根据本发明提供的单细胞检测设备，至少具有如下有益效果：微流控芯片包括液滴层和检测层，其中，液滴层设置有单细胞入口、油入口以及液滴封装区、油水分离区，液滴封装区的入口与单细胞入口、油入口连通，单细胞可通过单细胞入口进入液滴封装区，油可通过油入口进入液滴封装区，在液滴封装区内，油对单细胞进行封装，得到油包水的液滴，油水分离区与液滴封装区的出口连通，液滴完成封装后，从液滴封装区进入油水分离区。检测层位于液滴层的一侧，检测层设置有检测区以及油水分离电极，检测区靠近油水分离区设置，油水分离电极生成的分离电场能够破坏油水分离区液滴附近的油膜，使得液滴能够进行油水分离，并将分离后的液滴引流至检测区，在检测区，完成对单细胞的检测。该微流控芯片的设置能够实现油水分离技术与液滴单细胞检测之间的兼容，与现有微流控技术相比，其提升了液滴油水分离的效率，降低了操作难度，进一步提高了单细胞液滴样品提取的效率，并为单细胞的检测提供了稳定的芯片装置。
根据本发明的一些实施例，所述液滴层的表面采用疏水处理，所述检测层的表面采用亲水处理。
根据本发明的一些实施例，所述单细胞入口还用于输入捕获磁珠，使得所述捕获磁珠与单细胞、油封装至所述液滴内；所述检测层设置有检测试剂入口，所述检测区设置有与所述检测试剂入口连通的合金阵列，所述合金阵列用于捕获磁珠，使得所述磁珠与由所述检测试剂入口进入的检测试剂混合生成检测磁珠。
根据本发明的一些实施例，所述合金阵列的排布方式为交替排列。
根据本发明的一些实施例，所述液滴层还设置有液滴注射区，所述液滴注射区位于所述液滴封装区、所述油水分离区之间；所述液滴注射区设置有裂解液入口以及靠近所述裂解液入口的液滴注射电极，所述液滴注射电极用于将细胞裂解液注射至所述液滴。
第二方面，本发明提供一种单细胞检测系统，包括第一方面任一项所述的微流控芯片。
由于第二方面提供的单细胞检测系统包括第一方面任一项所述的微流控芯片，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
根据本发明的一些实施例，还包括：
控制装置；
高频高压交流电生成模块，所述高频高压交流电生成模块的输出端与所述油水分离电极连接，所述高频高压交流电生成模模块的接收端与所述控制装置通信连接；
流动控制模块，流动控制模块，所述流动控制模块的输出端与所述单细胞入口、油入口连通，所述流动控制模块与所述控制装置通信连接。
根据本发明的一些实施例，还包括荧光检测装置，所述荧光检测装置用于获取单细胞内的目标蛋白质与检测试剂反应后所产生的荧光信号，所述荧光检测装置与所述控制装置通信连接。
第三方面，本发明提供一种单细胞检测方法，应用于第二方面任一项所述单细胞检测系统，所述单细胞检测方法包括：
控制单细胞和检测磁珠以预设的第一速度从所述单细胞入口进入所述液滴封装区；
控制油以预设的第二速度从所述油入口进入所述液滴封装区，使得所述油对所述单细胞进行封装，得到液滴；
将细胞裂解液导入所述液滴层，使得所述单细胞裂解，得到含有目标蛋白质的液滴；
将所述油水分离电极导通并生成分离电场，使得所述油水分离区的液滴进行油水分离并引流至所述检测区；
将检测试剂导入所述检测区，使得所述检测试剂与所述目标蛋白质进行反应，得到检测磁珠；
激发所述检测磁珠产生荧光信号并获取所述荧光信号；
根据所述荧光信号，确定所述单细胞内目标蛋白质的含量。
由于第三方面提供的单细胞检测方法应用于第二方面任一项所述的单细胞检测系统，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
第四方面，本发明提供一种计算机存储介质包括存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如本发明第三方面所述的单细胞检测方法。
由于第四方面的计算机存储介质可执行第三方面的单细胞检测方法，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
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
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的微流控芯片的爆炸图；
图2是本申请实施例提供的微流控芯片的液滴层的示意图；
图3是本申请实施例提供的微流控芯片的检测层的示意图；
图4是本申请实施例提供的单细胞检测系统的结构框图；
图5是本申请实施例提供的单细胞检测系统的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的单细胞检测方法的主要步骤图；
图7是本申请实施例提供的液滴油水分离的原理图；
图8是本申请实施例提供的荧光检测的原理图。
附图标记：微流控芯片100；液滴层110；单细胞入口111；油入口112；液滴封装区113；裂解液入口114；液滴注射区115；液滴注射电极116；油水分离区117；第一废液出口118；检测层120；油水分离电极121；检测试剂入口122；检测区123；第二废液出口124；合金阵列125。
高频高压交流电生成模块200；信号发生器210；信号放大器220；流动控制模块300；气体精密进样泵310；单细胞样品和捕获磁珠进样器320；液滴油进样器330；裂解液进样器340；检测试剂进样器350；废液池360；荧光检测装置400；显微镜410；相机420；控制装置500；
液滴610；第一液滴通道620；第二液滴通道630；
目标蛋白质710；捕获磁珠720；磁珠721；捕获抗体722；荧光标记抗体730；标记抗体731；荧光物质732；检测磁珠740。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请实施例。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请实施例的描述。
需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
还应当理解，在本申请实施例说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请实施例的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在本申请的描述中，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。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申请和简化描述，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申请的限制。
本申请实施例的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，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申请实施例中的具体含义。
蛋白质作为细胞的重要组分是生命活动的基础。蛋白质几乎参与了所有的细胞生理活动，如细胞的结构、迁移、通讯、代谢、分裂、分化和凋亡等。因此，蛋白质组学分析研究是理解细胞生理活动的基础。早期的蛋白质分析，主要以大量的细胞作为研究对象，得到统计学的结果。然而，这种方法存在一个基本的缺陷，即单个细胞的化学成分经常在大量细胞的平均化学成分中丢失。因此，单细胞蛋白质分析对于细胞组学分析和细胞生物学特别是细胞的特异性研究具有重要意义。
由于单细胞内的蛋白质种类多样，含量极低，且单细胞操作困难等挑战，严重阻碍单细胞蛋白分析的发展。为了应对这些挑战，单细胞蛋白质分析领域已经取得了一定的进展，特别是微流控技术的应用为单细胞蛋白质分析提供了强有力的助力。微流控技术，特别是液滴微流控技术，可以实现对单细胞甚至单分子的精确捕获与控制，同时拥有极高的检测精度。因此，液滴微流控技术成为了代替传统有限稀释法进行单细胞蛋白分析的理想选择。然而，现有的液滴单细胞分析技术还存在诸多挑战：油水分离问题，由于液滴的形成需要油水两相，而检测过程中特别是荧光检测过程中，油相影响检测效果。因此，在检测前的油水分离成为基于液滴的单细胞蛋白质检测技术一个重要的流程和难点。
日常生活和工业活动中，油水两相往往同时出现，因此将互不相溶的油水两相分离越来越受到人们的关注。油水分离技术已广泛应用于石油化工、环境工程和生物工程等领域，为解决能源危机、环境污染和生化检测提供了强大助力。然而，现有的油水分离技术很难满足基于液滴技术的单细胞蛋白质的需求，亟需一种快速、高效、精准、完整的微流控液滴油水分离技术。
基于此，本申请实施例提供了一种微流控芯片及单细胞检测系统、方法、存储介质，通过分离电场实现了油水分离技术与液滴单细胞蛋白质检测之间的兼容，同时，提升了现有微流控油水分离技术的分离效率，降低了操作难度，提高了单细胞液滴样品提取的效率。
下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
参照图1至图3，本申请实施例提供的微流控芯片100设置有液滴层110和检测层120。
其中，液滴层110设置有单细胞入口111、油入口112以及液滴封装区113、油水分离区117；液滴封装区113的入口与单细胞入口111、油入口112连通，油水分离区117与液滴封装区113的出口连通。
需要说明的是，单细胞可通过单细胞入口111进入液滴封装区113，油可通过油入口112进入液滴封装区113，在液滴封装区113内，油对单细胞进行封装，得到油包水的液滴610，油水分离区117与液滴封装区113的出口连通，液滴610完成封装后，从液滴封装区113进入油水分离区117。
检测层120位于液滴层110的一侧，检测层120设置有检测区123以及油水分离电极121，检测区123靠近油水分离区117设置，油水分离电极121用于生成对油水分离区117的液滴610进行油水分离的分离电场并将分离后的液滴610引流至检测区123。
需要说明的是，检测层120与液滴层110通常设置为上下两层，且检测层120与液滴层110的位置没有具体的限定，检测层120可以位于液滴层110下方，也可位于其上方。
需要说明的是，油水分离电极121生成的分离电场能够破坏油水分离区117液滴610附近的油膜，使得液滴610能够进行油水分离，并将分离后的液滴610引流至检测区123，在检测区123，完成对单细胞的检测。
需要说明的是，参照图7，液滴层110设置有第一液滴通道，检测层120设置有第二液滴通道，第一液滴通道为图中水平的通道，第二液滴通道为图中竖直的通道，第一液滴通道与第二液滴通道相交，油水分离区117位于第一液滴通道与第二液滴通道的相交处，油水分离电极121设置为两个，且两个油水分离电极121相对设置于第二液滴通道的两侧。当油水分离电极121未通电，液滴610流过油水分离区117时，由于微流控芯片100液滴层110和检测层120的交界处具有稳定的油水界面，液滴610不会被释放到检测层120；当油水分离电极121通电，液滴610流过油水分离区117时，由于油水分离电极121上施加的电压在油水分离区117生成了分离电场，该电场的介电力破坏了液滴层110和检测层120之间的油水界面，液滴610被引流至检测层120，实现了液滴610的油水分离。
可以理解的是，液滴层110内的油中含有活性剂，使得液滴层110与检测层120之间能够生成稳定的油水界面。
需要说明的是，相对于第二液滴通道其他部分，第二液滴通道与第一液滴通道的相交处更细，这样的设置能够使得液滴油水分离效果更加良好。
在本实施例中，微流控芯片100的液滴层110与检测层120之间具有明显的油水分界面，油水分离电极121生成的分离电场能够破坏油水分离区117液滴610附近的油膜，即破坏了油包水液滴610的油膜，并将分离后的液滴610引流至检测区123，实现了将液滴610从油相中提取至水相，而单细胞检测，特别是荧光检测需要水相，油相会影响其检测效果，液滴610从油相中提取至水相后，油水分离电极121停止工作，使得液滴层110与检测层120之间具有明显的油水分界面，这样的设置能够提高检测层120的水相的纯净度，便于后续单细胞检测的进行。该微流控芯片100实现了油水分离技术与液滴610单细胞检测之间的兼容，与现有微流控技术相比，其提升了液滴油水分离的效率，降低了操作难度，进一步提高了单细胞液滴610样品提取的效率，并为单细胞的检测提供了稳定的芯片装置。
可以理解的是，液滴层110的表面采用疏水处理，检测层120的表面采用亲水处理。
需要说明的是，经过疏水处理后的液滴层110和经过亲水处理后的检测层120，能够使得液滴层110与检测层120之间的油水分界面更加分明，进一步提高了液滴610的油水分离效率。
可以理解的是，参照图2和图3，单细胞入口111还用于输入捕获磁珠720，使得捕获磁珠720与单细胞、油封装至液滴610内；检测层120设置有检测试剂入口122，检测区123设置有与检测试剂入口122连通的合金阵列125，合金阵列125用于捕获捕获磁珠720，使得捕获磁珠与由检测试剂入口122进入的检测试剂混合生成检测磁珠740。
需要说明的是，当对单细胞中的蛋白质进行荧光检测时，检测试剂通常采用荧光标记抗体730。
需要说明的是，合金阵列125的主要材料为磁性材料坡莫合金，该材料在磁场中易被磁化。
需要说明的是，合金阵列125能够捕获捕获磁珠720试剂形成荧光阵列，并强化荧光强度提高检测精度。相对于现有技术，微流控芯片100使用过后，合金阵列125的设置使得微流控芯片100能够进行冲洗以去除检测层120上的磁珠721，使得微流控芯片100经冲洗可以重复使用，提高了微流控芯片100的利用率，且进一步减少了单细胞检测的成本。
需要说明的是，现有单细胞检测中，检测抗体通常设置于检测层120的基板上，通过将目标蛋白质710流入检测区，以使检测抗体对目标蛋白质710进行捕获，检测抗体与目标蛋白质710的接触面积小，检测抗体并不能捕获到所有的目标蛋白质。而本申请的单细胞检测将捕获磁珠720固定在合金阵列125上，将荧光标记抗体730通入到检测层120内，捕获磁珠720能够与荧光标记抗体730充分混合，并得到检测磁珠740，相对于现有技术，本申请采用捕获磁珠720与荧光标记抗体730混合，增大了捕获磁珠720上的目标蛋白质710与荧光标记抗体730的接触面积，提高了荧光标记抗体730对目标蛋白质710的捕获效率，进一步提高了单细胞检测的精度。
需要说明的是，参照图8，捕获磁珠720包括磁珠721和检测抗体，捕获磁珠720通过检测抗体对目标蛋白质710进行捕获，捕获磁珠720通过检测抗体与合金阵列125相固定；荧光标记抗体730包括标记抗体731与荧光物质732，荧光标记抗体730通过标记抗体731捕获目标蛋白质710，荧光标记抗体730通过荧光物质732以显示荧光信息，荧光信息可用于表征单细胞内蛋白质的含量。
需要说明的是，磁珠721为羧基磁珠721，其上带有可以进行缩合反应的羧基，磁珠721能够与捕获抗体722进行缩合反应，形成捕获磁珠720。
需要说明的是，捕获磁珠720在液滴610内与目标蛋白质710充分接触，并捕获所有目标蛋白。经过油水分离操作后，带有目标蛋白质710的捕获磁珠720被释放到微流控芯片100的检测层120。在检测层120内，捕获磁珠720在流体驱动下被输送至检测区123。在检测区123内，捕获磁珠720被合金阵列125捕获固定在阵列上。此时，将荧光标记抗体730通入到检测层120内，在检测区123荧光标记抗体730与捕获磁珠720充分混合，使荧光标记抗体730标记所有目标蛋白质710形成检测磁珠740。利用激光照射检测区123内的检测磁珠740，使得检测磁珠740上的荧光物质732被激发。通过对检测区123内的荧光强度的检测，能够定量确定单细胞内的目标蛋白质710的含量。
可以理解的是，合金阵列125的排布方式为交替排列。
需要说明的是，合金阵列125的排布方式采用交替排列，进一步提高了合金阵列125对于含有目标蛋白质710的捕获磁珠720的捕获效率。
可以理解的是，参照图2，液滴层110还设置有液滴注射区115，液滴注射区115位于液滴封装区113与油水分离区117之间；液滴注射区115设置有裂解液入口114以及靠近裂解液入口114的液滴注射电极116，液滴注射电极116将细胞裂解液注射至液滴610。
需要说明的是，液滴注射区115设置于液滴封装区113与油水分离区117之间，液滴610经液滴封装区113流出后，进入液滴注射区115，此时，细胞裂解液经裂解液入口114进入液滴封装区113，液滴注射电极116工作，产生注射电场，注射电场破外了液滴610附近的油膜，使得细胞裂解液能够流入液滴610内，在液滴610内，细胞裂解液与单细胞进行反应，使得单细胞中的目标蛋白质710被释放。之后，含有目标蛋白质710的液滴610经液滴注射区115流入油水分离区117，完成后续的油水分离。
可以理解的是，参照图2和图3，液滴层110设置有第一废液出口118，检测层120设置有第二废液出口124，第一废液出口118和第二废液出口124用于微流控芯片100中废液的排除。
需要说明的是，参照图1至图3，本实施例提供的微流控芯片100分为检测层120和液滴层110两层，芯片的液滴层110设置有三个入口，油由油入口112注入到芯片内，混有捕获磁珠720的单细胞由单细胞入口111注入到芯片内，在液滴封装区113油将单细胞和捕获磁珠720进行封装，得到液滴610。在芯片的液滴注射区115，细胞裂解液由裂解液入口114注射到芯片内，并通过液滴注射电极116生成的注射电场注射至液滴610内。液滴610注射完成后，流入到油水分离区117，油水分离电极121生成的分离电场破坏液滴610附近的油膜，使得分离后的液滴610由液滴层110流入检测层120的检测区123，液滴层110的其他废液由第一废液口流出芯片。液滴610流入检测区123，通过捕获磁珠720与合金阵列125之间的磁力固定在合金阵列125上，荧光标记抗体730通过检测试剂入口122注射到芯片内，在检测区123内与捕获磁珠720充分混合，生成检测磁珠740，通过激光激发检测磁珠740，能够得到检测区123内的荧光强度，从而定量确定单细胞内的目标蛋白质710的含量，剩余的废液由第二废液出口124高频高压交流电生成模块200流出芯片，微流控芯片100通过介电力实现了油水分离技术与液滴610单细胞检测之间的兼容，与现有微流控技术相比，其提升了液滴油水分离的效率，降低了操作难度，进一步提高了单细胞液滴610样品提取的效率，并为单细胞的检测提供了稳定的芯片装置。另外，微流控芯片100的检测层120设置有合金阵列125，通过合金阵列125对捕获磁珠720的捕获作用，完成目标蛋白质710的检测，相对于现有技术中，微流控芯片100使用过后，可进行冲洗以去除检测层120上的磁珠721，使得微流控芯片100经冲洗可以重复使用，提高了微流控芯片100的利用率，且进一步减少了单细胞检测的成本。微流控芯片100集成了液滴封装区113、油水分离区117及检测所需要的微结构、电极和合金阵列125，为实现基于液滴610技术的单细胞蛋白质检测技术提供稳定的硬件平台。
参照图4和图5,本申请实施例还提供一种单细胞检测系统，包括上述的微流控芯片100。
需要说明的是，单细胞检测系统通过微流控芯片100实现了油水分离技术与液滴610单细胞检测之间的兼容，与现有微流控技术相比，其提升了液滴油水分离的效率，降低了操作难度，进一步提高了单细胞液滴610样品提取的效率，并为单细胞的检测提供了稳定的芯片装置。另外，微流控芯片100的检测层120设置有合金阵列125，通过合金阵列125对捕获磁珠720的捕获作用，完成目标蛋白质710的检测，相对于现有技术中，微流控芯片100使用过后，可进行冲洗以去除检测层120上的磁珠721，使得微流控芯片100经冲洗可以重复使用，提高了微流控芯片100的利用率，且进一步减少了单细胞检测的成本。
可以理解的是，单细胞检测系统还包括高频高压交流电生成模块200和流动控制模块300，其中，高频高压交流电生成模块200的输出端与油水分离电极121连接，高频高压交流电生成模模块的接收端与控制装置500通信连接；流动控制模块300的输出端与单细胞入口111和油入口112连通，流动控制模块300与控制装置500通信连接。
需要说明的是，高频高压交流电生成模块200的输出端与油水分离电极121连接，通过其施加在油水分离电极121上的电压，生成分离电场。
需要说明的是，对于设置有液滴注射区115的液滴层110，液滴注射区115位于液滴封装区113与油水分离区117之间；液滴注射区115设置有裂解液入口114以及靠近裂解液入口114的液滴注射电极116，液滴注射电极116将细胞裂解液注射至液滴610。高频高压交流电生成模块200的输出端还与液滴注射电极116连接，通过其施加在液滴注射电极116上的电压，生成注射电场，射电场破外了液滴610附近的油膜，使得细胞裂解液能够流入液滴610内。
需要说明的是，参照图5，高频高压交流电生成模块200包括信号发生器210和信号放大器220，信号发生器210提供一定波形的高频电压信号，经过信号放大器220放大生成高频高压电压信号，信号放大器220的输出端并将高频高压电压信号传递至微流控芯片100的油水分离电极121。
需要说明的是，流动控制模块300的输出端与微流控芯片100连接，流动控制模块300的接收端与控制装置500连接，流动控制模块300可以根据来自于控制装置500的指令，按序将单细胞检测所需要的各个样品依次通入微流控芯片100中。
需要说明的是，参照图5，流动控制模块300包括气体精密进样泵310、单细胞样品和捕获磁珠进样器320、液滴油进样器330、裂解液进样器340、检测试剂进样器350和废液池360。气体精密进样泵310的输出端分别与单细胞样品和捕获磁珠进样器320、液滴油进样器330、裂解液进样器340、检测试剂进样器350连接，单细胞样品和捕获磁珠进样器320与单细胞入口111连通，液滴油进样器330与油入口112连通，裂解液进样器340与裂解液入口114连通，检测试剂进样器350与检测试剂入口122连通。气体精密进样泵310用于提供进样压力，以使得单细胞样品和捕获磁珠进样器320、液滴油进样器330、裂解液进样器340、检测试剂进样器350中的样品从其对应的入口进入微流控芯片100。废液池360与第一废液出口118、第二废液出口124高频高压交流电生成模块200连通，液滴层110的废液经第一废液出口118流入废液池360，检测层120的废液经第二液出口流入废液池360。
可以理解的是，单细胞检测系统还包括荧光检测装置400，荧光检测装置400用于获取单细胞内的目标蛋白质710与检测试剂反应后所产生的荧光信号，荧光检测装置400与控制装置500通信连接。
需要说明的是，单细胞检测中的蛋白质检测可以采用荧光检测，即单细胞检测系统通过荧光检测装置400实现荧光检测，荧光检测装置400能够获取微流控芯片100的检测区123内的目标蛋白质710与检测试剂反应后所产生的荧光信号。
需要说明的是，参照图5，荧光检测装置400包括显微镜410和相机420，显微镜410可以对检测层120的相关信息进行放大，使得预期得到的荧光信息能够被控制装置500进行识别，相机420用于捕捉放大后的检测层120的图像信息，其中图像信息中包括目标蛋白质710与检测试剂反应后所产生的荧光信号，相机420将图像信息传输给控制装置500，使控制装置500对图像中的荧光信号进行识别分析，得到单细胞中目标蛋白质710的含量。
需要说明的是，参照图4和图5，单细胞检测系统包括微流控芯片100、高频高压交流电生成模块200、流动控制模块300、荧光检测装置400和控制装置500。流动控制模块300包括气体精密进样泵310、单细胞样品和捕获磁珠进样器320、液滴油进样器330、裂解液进样器340、检测试剂进样器350和废液池360，控制装置500控制气体精密进样泵310将单细胞样品和捕获磁珠进样器320中的混有捕获磁珠720的单细胞从单细胞入口111注入到微流控芯片100内，控制装置500还控制气体精密进样泵310将液滴油进样器330中的油从油入口112泵入到微流控芯片100中，在液滴封装区113油将单细胞和捕获磁珠720进行封装，得到液滴610。在微流控芯片100的液滴注射区115，控制装置500控制气体精密进样泵310将细胞裂解液由裂解液入口114注射到芯片内，裂解液入口114处的液滴注射电极116生成的注射电场破坏了液滴注射区115的液滴610附近的油膜，使得细胞裂解液进入液滴610内，细胞裂解液与单细胞反应，将单细胞内的目标蛋白质710释放出来，得到含有目标蛋白质710的液滴610。液滴610注射完成后，流入到油水分离区117。控制装置500控制高频高压交流电生成模块200中的信号发生器210生成信号，信号经信号放大器220放大后作用于检测层120的油水分离电极121，油水分离电极121生成的分离电场破坏液滴610附近的油膜，使得分离后的液滴610由液滴层110流入检测层120的检测区123，液滴层110的其他废液由第一废液口流出芯片。液滴610流入检测区123，通过捕获磁珠720与合金阵列125之间的磁力固定在合金阵列125上，控制装置500控制气体精密进样泵310将检测试剂进样器350中的检测试剂，即荧光标记抗体730通过检测试剂入口122注入微流控芯片100的检测层120，荧光标记抗体730与捕获磁珠720充分混合，生成检测磁珠740，通过激光激发检测磁珠740，能够得到检测区123内的荧光强度，从而定量确定单细胞内的目标蛋白质710的含量。另外，液滴层110的废液经由第一废液出口118流入废液池360，检测层120的废液经由第二废液出口124高频高压交流电生成模块200流入废液池360。单细胞检测系统集成了微流控芯片100、高频高压交流电生成模块200、流动控制模块300、荧光检测装置400和控制装置500，实现了油水分离技术与液滴610单细胞蛋白质检测的兼容，并通过荧光检测实现单细胞蛋白质的检测，为单细胞蛋白质组学分析提供强有力的支持。
参照图6，本申请实施例还提供一种单细胞检测方法，应用于上述的单细胞检测系统，该单细胞检测方法包括但不限于以下步骤：
步骤S100、控制单细胞和检测磁珠以预设的第一速度从单细胞入口进入液滴封装区。
需要说明的是，单细胞储存在单细胞样品和捕获磁珠进样器320中，当单细胞检测开始时，气体精密进样泵310将单细胞样品和捕获磁珠进样器320中的单细胞和检测磁珠740从单细胞入口111注入到微流控芯片100内，且捕获磁珠720与单细胞相混合。
需要说明的是，第一速度可以根据需求进行设置，本申请实施例不对第一速度进行限制。
步骤S200、控制油从油入口以预设的第二速度进入液滴封装区，使得油对单细胞进行封装，得到液滴。
需要说明的是，气体精密进样泵310将液滴油进样器330中的油从油入口112泵入到微流控芯片100中，油在液滴封装区113对对单细胞进行封装，得到液滴610。
需要说明的是，第二速度可以根据需求进行设置，本申请实施例不对第二速度进行限制。
步骤S300、将细胞裂解液导入液滴层，使得单细胞裂解，得到含有目标蛋白质的液滴。
需要说明的是，液滴层110还包括裂解液入口114以及液滴注射区115，液滴注射区115设置于液滴封装区113与油水分离区117之间，气体精密进样泵310将裂解液进样器340中的细胞裂解液从裂解液入口114泵入到微流控芯片100中，并通过裂解液入口114处的液滴注射电极116生成的注射电场破坏液滴注射区115的液滴610附近的油膜，使得细胞裂解液进入液滴610内，细胞裂解液与单细胞反应，将单细胞内的目标蛋白质710释放出来，得到含有目标蛋白质710的液滴610。
步骤S400、将油水分离电极导通并生成分离电场，使得油水分离区的液滴进行油水分离并引流至检测区。
需要说明的是，油水分离电极121生成的分离电场破坏液滴610附近的油膜，使得分离后的液滴610由液滴层110流入检测层120的检测区123。
步骤S500、将控制检测试剂导入检测区，使得检测试剂与目标蛋白质行反应，得到检测磁珠。
需要说明的是，气体精密进样泵310将检测试剂进样器350中的检测试剂从检测试剂入口122泵入到微流控芯片100中，检测试剂进入检测区123后，与单细胞内的目标蛋白质710进行反应。
需要说明的是，采用荧光检测对目标蛋白质710进行定量分析时，检测试剂采用荧光标记抗体730，且检测区123设置有合金阵列125，荧光标记抗体730进入检测区123后，与合金阵列125捕获的含有荧光标记蛋白的捕获磁珠720充分混合，生成检测磁珠740。
步骤S600、激发检测磁珠产生荧光信号并获取荧光信号。
需要说明的是，检测磁珠可以通过激光进行激发。
需要说明的是，单细胞检测系统通过荧光检测装置400获取目标蛋白质710与检测试剂反应后所产生的荧光信号，荧光检测装置400包括显微镜410和相机420，显微镜410可以对检测层120的相关信息进行放大，使得预期得到的荧光信息能够被控制装置500进行识别，相机420用于捕捉放大后的检测层120的图像信息，其中图像信息中包括目标蛋白质710与检测试剂反应后所产生的荧光信号。
步骤S700、根据荧光信号，确定单细胞内目标蛋白质的含量。
需要说明的是，荧光强度与目标蛋白质710的含量之间存在对应的标准曲线，根据标准曲线与合金阵列125中的荧光强度，能够对单细胞内目标蛋白质710的含量进行定量确定。
需要说明的是，本申请实施例提供的单细胞检测方法油水分离电极121生成分离电场，使得油水分离区117的液滴610进行油水分离并引流至检测区123，实现了将液滴610技术与单细胞检测相结合，提高了液滴610的油水分离效率，降低了操作难度，提高了单细胞液滴610样品提取的效率，其中，单细胞检测技术采用荧光检测对目标蛋白质710进行定量分析，提高了单细胞内蛋白质的检测精度，实现了高灵敏的单细胞蛋白质荧光检测。
另外，本申请实施例的一个实施例还提供了一种电子设备，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，处理器执行计算机程序时如步骤S100至步骤S700任一项的单细胞检测方法。
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。
实现上述实施例的单细胞检测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单细胞检测方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至S700。
以上所描述的装置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，本申请实施例的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，可使得上述处理器执行上述实施例中的单细胞检测方法，例如，执行以上描述的图6中的方法步骤S100至S700。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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，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例进行多种变化、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 (9)

1.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片设置有：
液滴层，所述液滴层设置有单细胞入口、油入口以及液滴封装区、油水分离区；所述液滴封装区的入口与所述单细胞入口、所述油入口连通，所述油水分离区与所述液滴封装区的出口连通；
检测层，所述检测层位于所述液滴层的一侧，所述检测层设置有检测区以及油水分离电极，所述检测区靠近所述油水分离区设置，所述油水分离电极用于生成对所述油水分离区的液滴进行油水分离的分离电场并将分离后的所述液滴引流至所述检测区；
其中，所述液滴层的表面采用疏水处理，所述检测层的表面采用亲水处理，所述液滴层设置有第一液滴通道，所述检测层设置有第二液滴通道，所述第一液滴通道与所述第二液滴通道相交，相对于所述第二液滴通道其他部分，所述第二液滴通道与所述第一液滴通道的相交处更细。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述单细胞入口还用于输入捕获磁珠，使得所述捕获磁珠与单细胞、油封装至所述液滴内；所述检测层设置有检测试剂入口，所述检测区设置有与所述检测试剂入口连通的合金阵列，所述合金阵列用于捕获捕获磁珠，使得所述捕获磁珠与由所述检测试剂入口进入的检测试剂混合生成检测磁珠。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述合金阵列的排布方式为交替排列。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液滴层还设置有液滴注射区，所述液滴注射区位于所述液滴封装区、所述油水分离区之间；所述液滴注射区设置有裂解液入口以及靠近所述裂解液入口的液滴注射电极，所述液滴注射电极用于将细胞裂解液注射至所述液滴。
5.一种单细胞检测系统，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的微流控芯片。
6.根据权利要求5所述的单细胞检测系统，其特征在于，还包括：
控制装置；
高频高压交流电生成模块，所述高频高压交流电生成模块的输出端与所述油水分离电极连接，所述高频高压交流电生成模块的接收端与所述控制装置通信连接；
流动控制模块，所述流动控制模块的输出端与所述单细胞入口、油入口连通，所述流动控制模块与所述控制装置通信连接。
7.根据权利要求6所述的单细胞检测系统，其特征在于，还包括荧光检测装置，所述荧光检测装置用于获取单细胞内的目标蛋白质与检测试剂反应后所产生的荧光信号，所述荧光检测装置与所述控制装置通信连接。
8.一种单细胞检测方法，其特征在于，应用于如权利要求5至7任一项所述的单细胞检测系统，所述单细胞检测方法包括：
控制单细胞和检测磁珠以预设的第一速度从所述单细胞入口进入所述液滴封装区；
控制油以预设的第二速度从所述油入口进入所述液滴封装区，使得所述油对所述单细胞进行封装，得到液滴；
将细胞裂解液导入所述液滴层，使得所述单细胞裂解，得到含有目标蛋白质的液滴；
将所述油水分离电极导通并生成分离电场，使得所述油水分离区的液滴进行油水分离并引流至所述检测区；
将检测试剂导入所述检测区，使得所述检测试剂与所述目标蛋白质进行反应，得到检测磁珠；
激发所述检测磁珠产生荧光信号并获取所述荧光信号；
根据所述荧光信号，确定所述单细胞内目标蛋白质的含量。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，包括存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求8所述的单细胞检测方法。
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