CN116263425A - 一种微流控进样的单细胞质谱检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流控进样的单细胞质谱检测仪。本发明包括细胞存储与动力控制模块、微流控芯片及细胞观察模块和单细胞电离模块，细胞存储与动力控制模块的输出端与微流控芯片及细胞观察模块的输出端相连，微流控芯片及细胞观察模块的输出端与单细胞电离模块的输出端相连，细胞存储与动力控制模块用于存储细胞，并为细胞提供前进的动力，微流控芯片及细胞观察模块用于实现被提供动力的团簇细胞进行单细胞的鱼贯排列并对其进行观测，单细胞电离模块用于对连续进样过程中的细胞进行电离，结合质谱检测仪对单个细胞的连续进样。本发明可以实现对细胞的鱼贯排列，同时结合质谱检测仪对单个细胞的连续进样，为细胞的连续进样过程中实现细胞的快速电离。
Description
技术领域
本发明涉及细胞生物和分析化学的单细胞分析技术领域，尤其涉及一种微流控进样的单细胞质谱检测仪。
背景技术
目前缺乏一种技术，将单细胞的连续进样与质谱仪器的精准操控相互结合，同时实现细胞内化合物的高效表征的专利仪器。申请号为201410707828.0的一种用于单细胞定量分析的微流控连续进样方法及装置，通过描述利用微流控芯片对细胞的控制，进行溶液的存储以及多通道内试剂的混合，可以起到细胞的进样过程，采用施加电压为操作方式，结合静态压力控制等方式。但是由于测量过程中只是强调细胞的流动过程，缺乏对细胞的操控。申请号为202010288305.2的单细胞质谱分析方法通过一个金属电极实现细胞的快速离子化形成一个稳定的电喷雾，通过在金属电极内施加电场，保持进样过程中的高压接入，虽然该专利将膜片钳的取样技术与单细胞进样相结合，但是无法实现对细胞连续进样的控制，单次取样过程无法实现高通量。申请号为202110134267.X的基于并行处理技术的单细胞质谱分析系统及方法，虽然通过旋转毛细臂梁进而对细胞的进样过程加以控制，并连接单细胞检测的质谱仪器系统，但是该系统由于采用一个复杂的旋转机械，增加系统的复杂程度，同时对单细胞进样过程无法实现每个细胞进样的联系性。申请号为201911300599.X的一种有机质谱流式细胞分析技术提到采用微流控芯片，对细胞进行排列。但是该专利缺乏对单细胞质谱检测过程中电离源与微流控芯片的联用。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种微流控进样的单细胞质谱检测仪。本发明采用的技术手段如下：
一种微流控进样的单细胞质谱检测仪，包括细胞存储与动力控制模块、微流控芯片及细胞观察模块和单细胞电离模块，所述细胞存储与动力控制模块的输出端与微流控芯片及细胞观察模块的输出端相连，所述微流控芯片及细胞观察模块的输出端与单细胞电离模块的输出端相连，所述细胞存储与动力控制模块用于存储细胞，并为细胞提供前进的动力，所述微流控芯片及细胞观察模块用于实现被提供动力的团簇细胞进行单细胞的鱼贯排列并对其进行观测，所述单细胞电离模块用于对连续进样过程中的细胞进行电离，结合质谱检测仪对单个细胞的连续进样。
进一步地，细胞存储模块包括细胞储液池、气路接头、储液池密封盖、细胞储液池连接管和细胞连接导管，所述细胞储液池用于细胞存储，所述细胞储液池的输入端连接气路接头，所述细胞储液池的上方扣接所述储液池密封盖，所述细胞储液池的输出端通过细胞储液池连接管与细胞连接导管相连，所述细胞连接导管与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。
进一步地，动力控制模块包括气压反馈式控制泵和气动连接管，所述气压反馈式控制泵和气动连接管相连，所述气动连接管与气路接头可拆卸地连接在一起。
进一步地，所述细胞存储与动力控制模块包括注射泵和微量注射器，所述微量注射器与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。
进一步地，微流控芯片包括设置在微流控芯片透明支撑底板上的微流控芯片底层玻璃，顶部为PDMS微流控材质，二者通过键合的方式进行贴合，微流控芯片的输入端通过微流控芯片进样管与细胞存储与动力控制模块相连，所述微流控芯片的输出端通过微流控芯片输出金属管与石英毛细管相连，所述石英毛细管的输出端与单细胞电离模块相连。
进一步地，所述微流控芯片输出金属管嵌套在石英毛细管中，所述微流控芯片输出金属管与石英毛细管之间设有密封软管，通过热风枪加热。
进一步地，石英毛细管尖端锥孔为微米尺度。
进一步地，所述微流控芯片的沟道为非对称蛇形沟道。
进一步地，细胞观察模块包括电子显微镜，电子显微镜放置在微流控芯片的上端。
进一步地，所述单细胞电离模块包括放置在石英毛细管下面放置的非接触金属电极，所述电极上施加高压电。
本发明利用微流控芯片技术，可以实现对细胞的鱼贯排列，同时结合质谱检测仪对单个细胞的连续进样，为细胞的连续进样过程中实现细胞的快速电离。实现细胞高通量进样过程中同时对细胞高灵敏度的分析。细胞的存储方式可以通过储液池或者微量注射器两种方式；根据不同注入方式的需要分别可以采用气压反馈的推注方式，根据压力反馈实现细胞的前后移动，采用注射泵可以实现细胞的流速恒定推注。与现有技术相比，通过微流控芯片中不同的动力方式有机的将微流控芯片与质谱电离源结合，起到了整体联用的系统仪器。
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为本发明装置核心结构示意图。
图3为本发明装置核心结构爆炸图。
图4为本发明第一种进样方式示意图。
图5为本发明第二种进样方式示意图。
图6为本发明微流控芯片局部放大图。
图中：1、气路接头；2、储液池密封盖；3、细胞储液池；4、细胞储液池连接管；5、细胞连接导管；6、微流控芯片透明支撑底板；7、密封软管；8、微流控芯片进样管；9、微流控芯片底层玻璃；10、石英毛细管；11、微流控芯片输出金属管；12、导电铜片；13、绝缘铜片支撑材料；14、气动连接管；15、气压反馈式控制泵；16、电子显微镜；17、质谱进样口；18、微量注射器；19、注射泵。
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1～3所示，本发明实施例公开了一种微流控进样的单细胞质谱检测仪，包括细胞存储与动力控制模块、微流控芯片及细胞观察模块和单细胞电离模块，所述细胞存储与动力控制模块的输出端与微流控芯片及细胞观察模块的输出端相连，所述微流控芯片及细胞观察模块的输出端与单细胞电离模块的输出端相连，所述细胞存储与动力控制模块用于存储细胞，并为细胞提供前进的动力，所述微流控芯片及细胞观察模块用于实现被提供动力的团簇细胞进行单细胞的鱼贯排列并对其进行观测，所述单细胞电离模块用于对连续进样过程中的细胞进行电离，单个细胞通过质谱进样口的质谱进样口17进行连续进样。
作为可选的实施方式，如图4所示，细胞存储模块包括细胞储液池3、气路接头1、储液池密封盖2、细胞储液池连接管4和细胞连接导管5，所述细胞储液池用于细胞存储，所述细胞储液池的输入端连接气路接头，所述细胞储液池的上方扣接所述储液池密封盖，所述细胞储液池的输出端通过细胞储液池连接管与细胞连接导管相连，所述细胞连接导管与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。动力控制模块包括气压反馈式控制泵15和气动连接管14，所述气压反馈式控制泵和气动连接管相连，所述气动连接管与气路接头可拆卸地连接在一起。
作为可选的实施方式，如图5所示，所述细胞存储与动力控制模块包括依次相连的注射泵19和微量注射器18，所述微量注射器与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。
选择反馈式压力控制器与注射泵的方式，将细胞从指定容器中，推注到微流控芯片中。压力控制器的使用原理为，通过在储液池中注入一定的气压，细胞在储液池中通过气压的作用，将底部的细胞经过连接导管，注入到微流控芯片的输入端。注射泵的工作方式为通过一个步进电机将推动注射器拉杆中的液体，将其液体流入微流控芯片中。两种移液方式的区别在于压力控制器具有负反馈作用，属于双向控制，注射泵属于单向控制，保持微流控芯片中液体的流速恒定。为了控制细胞的低流速前进，可以选择连接储液池的方式，将细胞从外置储液池，连接气压控制管路，控制气体压入储液池的压力值，当超过一定阈值，细胞可以在微流控芯片中移动，当压力值超过阈值，细胞可以在微流控芯片中前进。当压力低于阈值压力，细胞在微流控芯片中相对后移。
微流控芯片包括设置在微流控芯片透明支撑底板6上的微流控芯片底层玻璃9，顶部为PDMS微流控材质，二者通过键合的方式进行贴合，微流控芯片的输入端通过微流控芯片进样管8与细胞存储与动力控制模块相连，所述微流控芯片的输出端通过微流控芯片输出金属管11与石英毛细管10相连，所述石英毛细管的输出端与单细胞电离模块相连。单细胞电离模块为细胞提供输出端的电离，细胞从微流控毛细管中流出，电离过程需要一个高效的电离源可以检测细胞中更多代谢物，为此，在微流控芯片输出端转接一个石英毛细管，石英毛细管经过拉制尖端锥孔为微米尺度，更有助于离子化。
所述微流控芯片输出金属管嵌套在石英毛细管中，所述微流控芯片输出金属管与石英毛细管之间设有密封软管7，使用的密封软管在未加热前，其尺寸均大于两者，通过热风枪加热，将两种尺寸很好弥合。
微流控芯片的作用是将细胞通过流式的方式在非对称沟道中鱼贯而行，避免细胞在芯片流动过程中形成堵塞。为此，如图6所示，所述微流控芯片的沟道为非对称蛇形沟道，即在流动过程中根据流体场的聚焦特性，保证细胞排列。同时设计中包括细胞输出端，细胞输出端两个金属管路插入微流控芯片。
为便于观察细胞在微流控芯片中的状态，细胞观察模块包括电子显微镜16，电子显微镜放置在微流控芯片的上端，便于观察细胞在芯片中的流动状态。调整显微镜的焦距将其放置在微流控芯片的上端，一个电子显微镜取代多个目镜物镜的组合，让显微观察结构更为简便。
所述单细胞电离模块包括放置在石英毛细管下面放置的非接触金属电极，具体为导电铜片12，所述微流控芯片透明支撑底板上安装绝缘铜片支撑材料13，其上设置所述导电铜片12，所述电极上施加高压电，让细胞经过尖端处快速离子化。经过离子化后的细胞经通过质谱进样口，进入到高分辨质谱质量分析器，实现对单细胞中化合物的精细表征。
综上所述，本发明的三个部分依次工作，将细胞从储液池经微流控细胞处理，最后在石英毛细管尖端实现离子化，实现细胞代谢物的高效电离，得到化合物精细代谢物表征信息，进而形成完整的单细胞质谱检测仪。
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 (10)
1.一种微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，包括细胞存储与动力控制模块、微流控芯片及细胞观察模块和单细胞电离模块，所述细胞存储与动力控制模块的输出端与微流控芯片及细胞观察模块的输出端相连，所述微流控芯片及细胞观察模块的输出端与单细胞电离模块的输出端相连，所述细胞存储与动力控制模块用于存储细胞，并为细胞提供前进的动力，所述微流控芯片及细胞观察模块用于实现被提供动力的团簇细胞进行单细胞的鱼贯排列并对其进行观测，所述单细胞电离模块用于对连续进样过程中的细胞进行电离，结合质谱检测仪对单个细胞的连续进样。
2.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，细胞存储模块包括细胞储液池、气路接头、储液池密封盖、细胞储液池连接管和细胞连接导管，所述细胞储液池用于细胞存储，所述细胞储液池的输入端连接气路接头，所述细胞储液池的上方扣接所述储液池密封盖，所述细胞储液池的输出端通过细胞储液池连接管与细胞连接导管相连，所述细胞连接导管与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，动力控制模块包括气压反馈式控制泵和气动连接管，所述气压反馈式控制泵和气动连接管相连，所述气动连接管与气路接头可拆卸地连接在一起。
4.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，所述细胞存储与动力控制模块包括注射泵和微量注射器，所述微量注射器与微流控芯片及细胞观察模块的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，微流控芯片包括设置在微流控芯片透明支撑底板上的微流控芯片底层玻璃，顶部为PDMS微流控材质，二者通过键合的方式进行贴合，微流控芯片的输入端通过微流控芯片进样管与细胞存储与动力控制模块相连，所述微流控芯片的输出端通过微流控芯片输出金属管与石英毛细管相连，所述石英毛细管的输出端与单细胞电离模块相连。
6.根据权利要求5所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，所述微流控芯片输出金属管嵌套在石英毛细管中，所述微流控芯片输出金属管与石英毛细管之间设有密封软管，通过热风枪加热。
7.根据权利要求5或6所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，石英毛细管尖端锥孔为微米尺度。
8.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，所述微流控芯片的沟道为非对称蛇形沟道。
9.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，细胞观察模块包括电子显微镜，电子显微镜放置在微流控芯片的上端。
10.根据权利要求1所述的微流控进样的单细胞质谱检测仪，其特征在于，所述单细胞电离模块包括放置在石英毛细管下面放置的非接触金属电极，所述电极上施加高压电。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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