CN116106394A - 一种单细胞在线化学衍生质谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单细胞在线光化学衍生质谱分析装置。本发明包括细胞进样动力单元、细胞储液池、微流控芯片和衍生化试剂注入装置、代谢物成分监测单元；所述微流控芯片设有蛇形排布的沟道，所述细胞进样动力单元的输出端通过细胞储液池与微流控芯片的蛇形沟道入口相连，其用于提供细胞的前进动力；所述微流控芯片的输出端与衍生化试剂注入装置相连，所述衍生化试剂注入装置用于将衍生化试剂与单细胞反应，并在细胞进样动力单元的推动下送入到代谢物成分监测单元，实现化合物的离子化，并对衍生化的代谢物高灵敏的检测。

Description

一种单细胞在线化学衍生质谱分析装置

技术领域

本发明涉及单细胞分析技术领域，尤其涉及一种单细胞在线化学衍生质谱分析装置。

背景技术

申请号201610066768.8的《一种基于微流控芯片的细胞代谢产物实时检测装置》在微流控芯片的周围设置有能从通道的出口处取样的自动取样组件。在自动取样组件的下游连接前处理与富集组件，其能对取样得到的细胞代谢产物进行除盐及目标产物富集。对应于前处理与富集组件的出口处设置有检测器，以对目标产物实施在线检测。但是该方法缺乏对衍生化的入口位置的流速调控，无法实现对单细胞的在衍生化过程中将细胞迅速破裂后，在线的进行衍生化与代谢物的质谱检测。

申请号为201710855345.9的《一种用于生化检测的微流控设备》检测区独立于微流道，流体贯穿生物分子涂膜后平流，实现流体和生物分子涂膜的充分接触和反应。对于单细胞的前处理给予实践，通过微流控芯片实现了单细胞的排列与进样，但是仅仅对细胞进行衍生化是不够的，缺乏对单细胞的质谱进样与质谱检测，对特定化合物的成分无法精准的判断。

鉴于上述多个专利的技术上的不足，目前关于单细胞在线化学衍生质谱分析，缺乏一种技术将细胞的注入、单细胞的在线衍生化、特定化合物的高灵敏检测等多个过程进行全流程分析。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种单细胞在线化学衍生质谱分析装置。本发明采用的技术手段如下：

一种单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，包括细胞进样动力单元、细胞储液池、微流控芯片和衍生化试剂注入装置、代谢物成分监测单元；所述微流控芯片设有蛇形排布的沟道，所述细胞进样动力单元的输出端通过细胞储液池与微流控芯片的蛇形沟道入口相连，其用于提供细胞的前进动力；所述微流控芯片的输出端与衍生化试剂注入装置相连，所述衍生化试剂注入装置用于将衍生化试剂与单细胞反应，并在细胞进样动力单元的推动下送入到代谢物成分监测单元，实现化合物的离子化，并对衍生化的代谢物高灵敏的检测。

进一步地，所述细胞储液池通过柔性的软管与细胞进样动力单元相连，所述细胞储液池通过硬管与微流控芯片相连。

进一步地，细胞储液池中设有用于存放细胞的生理溶液，细胞的生理溶液体积在1-50mL。

进一步地，细胞排列过程中的沟道宽度为30-50um，经过衍生化后，混合后的微流控芯片沟道宽度50-100um。

进一步地，在微流控芯片的末端连接有一个金属连接管接口，内部嵌套一个拉制后具有尖端的石英毛细管，连接处通过热缩管密封，所述石英毛细管外部设置有感应电极，通过对感应电极施加压力，实现流过细胞的离子化，并通过后端的质量分析器，测量单细胞内的代谢物成分。

进一步地，基于代谢物成分监测单元的观测结果调节衍生化试剂的注入流速和细胞进样动力单元的细胞注入参数。

进一步地，控制压力控制器的压力范围100-500mbar，在此过程中，压力波动在预设值的±10mbar，注射泵的流速为0.5-5uL/min。

进一步地，衍生化试剂的注入流速为0.5-2uL/min。

本发明利用微流控芯片，通过盘管式的蛇形沟道，实现对细胞样品的排列，使得每一个细胞相互独立不跟其他细胞相互干扰。细胞在进样的过程中，引入衍生化试剂注入沟道，实现对细胞样品的在线衍生化。并在出口位置接入一个在线分析电离源，结合衍生化化试剂的反应，实现对单细胞中特定样品的高灵敏分析。本发明单细胞注入的过程中用于反馈调节的压力控制器，反馈时间小于5s，当遇到衍生化试剂混合不合理，调整细胞的注入流速。从而将衍生化试剂与单细胞溶液充分的反应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明微流控芯片和衍生化试剂注入装置示意图。

图3为本发明衍生化试剂流路放大图。

图4为本发明衍生化和在线检测俯视图。

图中：001、注射泵；002、压力控制器；003、压力控制动力单元；004、气体连接管；005、细胞储液池；006、细胞储液池出口连接管；007、细胞电离毛细管；008、细胞电离金属电极；009、高分辨质谱检测仪；010、微流控芯片支撑板；011、石英玻璃件；012、多通道微流控芯片；013、单细胞入口连接管；014、衍生化试剂入口连接管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～4所示，本发明实施例公开了一种单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，包括细胞进样动力单元、细胞储液池005、微流控芯片和衍生化试剂注入装置、代谢物成分监测单元。本发明能够实现对细胞的在线裂解，同时在线添加衍生化试剂对细胞进行实时的衍生化，配合电离源对细胞进行在线电离，整个装置能够实现从细胞进样、衍生化、电离的全过程。一个细胞分析流程从进样，衍生，电离整个过程时间不超过5分钟，高效快捷。

具体地，所述微流控芯片设有蛇形排布的沟道，所述细胞进样动力单元的输出端通过细胞储液池与微流控芯片的蛇形沟道入口相连，其用于提供细胞的前进动力，保证细胞在流动过程中从蛇形沟道的入口端向出口端移动过程中，具有迁移的推力，并且能够基于预设的指标调节压力参数；细胞从储液池流出后，经过蛇形微流控沟道，实现细胞在流动过程中的鱼贯排列，所述微流控芯片的输出端与衍生化试剂注入装置相连，所述衍生化试剂注入装置用于将衍生化试剂输送出，其包括衍生化试剂入口连接管014，使之与单细胞反应，反应后的细胞在细胞进样动力单元的推动下送入到代谢物成分监测单元，实现化合物的离子化，并对衍生化的代谢物高灵敏的检测。具体地，排列好的细胞，在蛇形微流控沟道出口位置注入衍生化试剂，单细胞破裂后，衍生化试剂与细胞中的某些化合物迅速反应，并在压力注射器的推动下，送入到电离源，实现化合物的离子化，并对衍生化的代谢物高灵敏的检测。

所述细胞储液池通过柔性的单细胞入口连接管013与细胞进样动力单元相连，所述细胞储液池通过硬管与微流控芯片相连。所述细胞进样动力单元具体为压力控制动力单元003。本实施例中，所述细胞储液池为微升级别的小型储液池，一次上样可以实现多次的存储。细胞储液池中设有用于存放细胞的生理溶液，细胞的生理溶液体积在1-50mL，可以存储较多的细胞及其培养液用于研究。

细胞排列过程中的沟道宽度为30-50um，经过衍生化后，混合后的微流控芯片沟道宽度50-100um。

所述多通道微流控芯片012通过微流控芯片支撑板010进行支撑，其为刻划有预设规格和既定路径的石英玻璃件011，在微流控芯片的末端连接有一个细胞储液池出口连接管006，内部嵌套一个拉制后具有尖端的细胞电离石英毛细管007，连接处通过热缩管密封，所述石英毛细管外部设置有作为细胞电离金属电极008的感应电极，通过对感应电极施加压力，实现流过细胞的离子化，并通过后端的细高分辨质谱检测仪009，测量单细胞内的代谢物成分。出口端接入的石英毛细管，其长度约为50-150mm范围内，避免流阻过大。气体通过气体连接管输送到细胞储液池中。

基于代谢物成分监测单元的观测结果调节衍生化试剂的注入流速和细胞进样动力单元的细胞注入参数。

所述压力控制器002连接有注射泵001，由压力控制器控制注射泵恒定的速度推进，实现细胞溶液的恒定流速注入，控制细胞进样动力单元的压力范围100-500mbar，在此过程中，压力波动在预设值的±10mbar，注射泵的流速为0.5-5uL/min。压力控制器通过内部的反馈调节器，实时的测量压力的变化，让其减少波动。

本发明包括三个功能：一、通过设计盘管方式的通道作为入口，实现单细胞在微流控芯片中的单细胞的注入与排列。二、通过衍生化试剂的注入，使其参与单细胞的衍生化反应。三、实现在线破裂与目标化合物的衍生化反应，并设置一个出口，用于质谱的在线检测。本发明的关键之处在于将衍生化试剂与单细胞溶液充分的反应，因此需要通过反馈的方式调节压力控制器的压力强度，其目标是调节合理的细胞注入的压。本实施例中，单细胞注入的过程中用于反馈调节的压力控制器，反馈时间小于5s，当遇到衍生化试剂混合不合理后，调节细胞的注入流速。衍生化试剂的注入流速为0.5-2uL/min。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，包括细胞进样动力单元、细胞储液池、微流控芯片和衍生化试剂注入装置、代谢物成分监测单元；所述微流控芯片设有蛇形排布的沟道，所述细胞进样动力单元的输出端通过细胞储液池与微流控芯片的蛇形沟道入口相连，其用于提供细胞的前进动力；所述微流控芯片的输出端与衍生化试剂注入装置相连，所述衍生化试剂注入装置用于将衍生化试剂与单细胞反应，并在细胞进样动力单元的推动下送入到代谢物成分监测单元，实现化合物的离子化，并对衍生化的代谢物高灵敏的检测。

2.根据权利要求1所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，所述细胞储液池通过柔性的软管与细胞进样动力单元相连，所述细胞储液池通过硬管与微流控芯片相连。

3.根据权利要求1所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，细胞储液池中设有用于存放细胞的生理溶液，细胞的生理溶液体积在1-50mL。

4.根据权利要求1所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，细胞排列过程中的沟道宽度为30-50um，经过衍生化后，混合后的微流控芯片沟道宽度50-100um。

5.根据权利要求1所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，在微流控芯片的末端连接有一个金属连接管接口，内部嵌套一个拉制后具有尖端的石英毛细管，连接处通过热缩管密封，所述石英毛细管外部设置有感应电极，通过对感应电极施加压力，实现流过细胞的离子化，并通过后端的质量分析器，测量单细胞内的代谢物成分。

6.根据权利要求1所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，基于代谢物成分监测单元的观测结果调节衍生化试剂的注入流速和细胞进样动力单元的细胞注入参数。

7.根据权利要求1或6所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，控制压力控制器的压力范围100-500mbar，在此过程中，压力波动在预设值的±10mbar，衍生化试剂注射泵的流速为0.5-5uL/min。

8.根据权利要求1或6所述的单细胞在线光化学衍生质谱分析装置，其特征在于，衍生化试剂的注入流速为0.5-2uL/min。

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