WO2020000524A1 - 一种单细胞捕获装置及捕获方法 - Google Patents

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Abstract

单细胞捕获装置，包括捕获单元(1)、位于所述捕获单元(1)上方的成像单元(2)、与所述捕获单元(1)相连的收集单元(3)，以及分别连接所述捕获单元(1)和所述成像单元(2)的控制单元(4)。单细胞捕获装置，能够实现对活细胞的捕获，且获取的单个细胞经过形态学或者分子生物学的分类鉴定，具有高特异性和高灵敏度，捕获的成功率高。细胞捕获的过程不需要手动操作，具有高的捕获效率，有利于完成对循环肿瘤细胞的单细胞捕获。一种单细胞的捕获方法，利用上述的单细胞捕获装置，具有高捕获效率、高特异性，能够实现对活细胞的高效捕获。

Description

一种单细胞捕获装置及捕获方法 技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种单细胞捕获装置及捕获方法。
背景技术
癌症是导致人类死亡的最主要死因之一，世界卫生组织(WHO)的数据显示，2008年全球癌症新发病例约为1270万，癌症死亡例数为760万。目前全球每年新增癌症患者约为900万人，预计到2020年全世界癌症发病率将比现在增加50％，全球每年新增癌症患者人数将达到1500万人。目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，依次是乳腺癌，是肠癌、胃癌、肝癌和宫颈癌。中国是世界上癌症发病率和死亡率最高的国家之一，全世界有20％的新发癌症病人在中国，有1/4的癌症死亡病人在中国。
高通量监测单细胞响应，对于药物测试，毒理学和基本细胞生物学等各种应用是非常重要的。最近的研究强调了跨越癌细胞群体的基因组，转录组和蛋白质组中的显著异质性，表征这种异质性对于理解肿瘤进展至关重要。单细胞分析对肿瘤早期诊断、治疗、药物筛选和细胞生理、病理过程的研究有重要意义，目前已成为研究的热点之一。
循环肿瘤细胞(CTCs，circulating tumor cells)是指进入人体外周血的肿瘤细胞，通过检测外周血中的肿瘤细胞可以有效预测肿瘤转移的发生。如果可以从外周血或淋巴液等体液中捕获癌细胞，就可以解决临床晚期患者无病理样本，或病理样本少的问题，可以为临床医生的诊疗，化疗预后提 供快速科学的参考依据。然而循环肿瘤细胞在外周血中极其稀有，平均10 6个白细胞中只有一个循环肿瘤细胞。目前已有的循环肿瘤细胞捕获技术如梯度密度离心技术、滤膜技术和流式细胞技术在实现循环肿瘤干细胞的捕获分类方面均存在一定的缺陷。Cell-Search检测系统是目前自动化程度最高的检测技术,具有较高的免疫性、敏感性和可重复性，是目前唯一被美国食品和药品管理局(FDA)用于转移性乳腺癌、结直肠癌及前列腺癌检测的新技术。但是Cell-Search检测系统具有成本高，检测效率低，单个设备无法实现高通量多尺寸检测的问题。
流式细胞术通过对待测样品进行特定的荧光标记，然后利用复杂的光学检测系统进行鉴定分选，该技术虽可实现不同类别肿瘤细胞的分类收集，但是设备检测效率低、需专人操作，同时检测微量细胞灵敏度差，无法对细胞形态学进行观察，也很难广泛应用于循环肿瘤细胞的捕获。因此亟需开发一款能够观测细胞的形态学信息、实现循环肿瘤细胞高效率捕获和分类的装置。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于解决现有技术中的缺陷，从而提供一种能够观测细胞的形态学信息、实现循环肿瘤细胞高效率捕获和分类的单细胞捕获装置。
为此，本发明提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种单细胞捕获装置，包括捕获单元、位于所述捕获单元上方的成像单元、与所述捕获单元相连的收集单元，以及分 别连接所述捕获单元和所述成像单元的控制单元；
所述捕获单元包括流道层和设置于流道层下方的捕获层，所述流道层内开设有至少一条流体通道，所述流体通道在所述流道层相对远离的两端分别连接第一流通口和第二流通口；所述流体通道内设置有拦隔组件，所述拦隔组件用于捕获第一流向的液体中的单个细胞，所述第一流向是由所述第一流通口流向所述第二流通口的方向；
所述捕获层的顶部表面开设有至少两个向内凹陷形成的细胞小室，所述细胞小室与所述拦隔组件一一对应设置在所述拦隔组件朝向所述第二流通口的一侧，所述流道层在与所述细胞小室的接触位置上形成可启闭的底部开口，所述细胞小室用于捕获第二流向的液体中的单个细胞，所述第二流向是由所述第二流通口流向所述第一流通口的方向；所述细胞小室内盛放有第一抗体修饰的磁珠，所述第一抗体结合单个细胞；所述细胞小室在所述捕获层的两个方向上形成流入口和流出口，所述流出口连接所述收集单元；
所述细胞小室的正上方对应形成成像区域，所述成像单元用于获取所述成像区域内的图像信息。
优选地，上述的单细胞捕获装置，所述拦隔组件包括沿所述第一流向对称分布的第一拦隔件和第二拦隔件，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件朝向所述第一流通口的一端形成所述第一开口，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件远离所述第一流通口的一端形成第二开口，所述第一开口的间隙大于所述单个细胞的直径，所述第二开口的间隙小于所述单个细胞的直径；
任意两个所述拦隔组件之间预留所需间隙。
优选地，上述的单细胞捕获装置，还包括磁场单元，所述磁场单元设置于所述捕获单元的下方，用于产生吸附所述磁珠的磁力。
进一步优选地，上述的单细胞捕获装置，所述磁场单元为平行于所述捕获层的磁铁或通电导线。
优选地，上述的单细胞捕获装置，
所述成像单元包括光源、图像观测元件和图像采集元件，
所述光源发出的光线照射所述细胞小室内的单个细胞，生成光学图像信息，
所述图像观测元件用于观测所述单个细胞的光学图像信息，
所述图像采集元件用于收集所述单个细胞的光学图像信息。
优选地，上述的单细胞捕获装置，通过所述流入口向所述细胞小室内输入第二抗体，所述第二抗体为特异性结合所述第一抗体的荧光抗体。
优选地，上述的单细胞捕获装置，所述流道层通过第一移动件与所述控制单元连接，所述流道层在所述第一移动件驱动下发生水平和竖直方向的移动；所述捕获层通过第二移动件与所述控制单元连接，所述捕获层在所述第二移动件驱动下发生水平方向的移动。
优选地，上述的单细胞捕获装置，所述细胞小室的流入口连接第一管道，所述细胞小室的流出口连接第二管道，所述第二管道连接收集单元。
进一步优选地，上述的单细胞捕获装置，所述收集单元为多孔培养板，所述第二管道连通所述细胞小室与所述多孔细胞板的单个培养孔。
第二方面，本发明提供了一种单细胞捕获的方法，包括以下步骤：
包含待分离细胞的样本溶液由第一流通口泵入流道层的流体通道内， 流经所述流体通道后由第二流通口流出，样本溶液中的单个细胞被所述流体通道内的单个拦隔组件所述拦截；
由所述第二流通口向所述流体通道内泵入缓冲液，所述缓冲液流向所述第一流通口，使所述单个细胞脱离所述拦隔组件，进入位于所述拦隔组件朝向所述第一流通口一侧的细胞小室内；
所述单个细胞与所述细胞小室内的磁珠表面修饰的第一抗体结合，开启磁场单元，所述磁场单元产生磁力使结合有单个细胞的磁珠吸附在细胞小室的底部；
由流入口向所述细胞小室内通入含有第二抗体的缓冲液，所述第二抗体结合所述第一抗体；所述细胞小室的正上方形成成像区域，利用成像单元获取细胞小室内由第二抗体产生的荧光图像信息，根据荧光图像信息完成对所述单个细胞的鉴别，筛查出目标单个细胞；
向所述目标单个细胞所在的细胞小室的流入口通入分离缓冲液，使所述目标单个细胞与所述第一抗体分离，所述目标单个细胞经流出口输出到收集单元。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的单细胞捕获装置，包括捕获单元、位于所述捕获单元上方的成像单元、与所述捕获单元相连的收集单元，以及分别连接所述捕获单元和所述成像单元的控制单元；
所述捕获单元包括流道层和设置于流道层下方的捕获层，所述流道层内开设有至少一条流体通道，所述流体通道在所述流道层相对远离的两端分别连接第一流通口和第二流通口；所述流体通道内设置有拦隔组件，所 述拦隔组件用于捕获第一流向的液体中的单个细胞，所述第一流向是由所述第一流通口流向所述第二流通口的方向。
通过第一流通口向流体通道中泵入含有一定量目标细胞的样本溶液(例如，经细胞分选后同一类的目标细胞)，样本溶液由第一流通口流向第二流通口，在流通过程中，样本溶液中的单个细胞被设置在流体通道内的拦隔组件所捕获，避免单个细胞直接进入细胞小室，在细胞小室中堆积。
所述捕获层的顶部表面开设有至少两个向内凹陷形成的细胞小室，所述细胞小室一一对应设置在所述拦隔组件朝向所述第二流通口的一侧，所述流道层在与所述细胞小室的接触位置上形成可启闭的底部开口，所述细胞小室用于捕获第二流向的液体中的单个细胞，所述第二流向是由所述第二流通口流向所述第一流通口的方向。
具有第一流向的样本溶液通入完成后，由第二流通口向流体通道内泵入缓冲液，缓冲液流经每个拦隔组件时，利用液体的流动力使单个细胞脱离拦隔组件，朝向第一流通口的方向移动，进入位于拦隔组件朝向第一流通口一侧的细胞小室内，并与细胞小室内磁珠表面修饰的第一抗体结合，实现单细胞捕获。
本发明提供的单细胞捕获装置还具有成像单元，能够获取细胞小室内单个细胞的图像信息，得到单个细胞的明场图像、荧光图像等。利用上述的图像信息能够对单个细胞的形态进行观测，或者利用荧光图像对具有特定分子标记的一类细胞进行区分，实现细胞的鉴定分类，筛选出目标单个细胞。
细胞小室在捕获层的两个方向上形成流入口和流出口，通过流入口向 细胞小室内输入第二抗体，第二抗体与细胞小室内的第一抗体结合，第二抗体具体地可以是荧光抗体，产生能够被成像单元获取的荧光图像信息。通过细胞小室的流入口还可以向捕获有目标细胞的细胞小室内通入分离缓冲液，使细胞小室内的单个细胞与第一抗体分离，并在流体动力的驱动下由流出口流出细胞小室，并进入收集单元，最终实现了对目标单细胞的获取。
上述的单细胞捕获装置在实际应用时，对于捕获目标细胞的细胞小室内容置多于一个的目标细胞时，可以将细胞小室内的目标细胞输出后，进一步通过流式细胞筛选，得到最终的单个目标细胞。
利用上述的单细胞捕获装置，能够实现对活细胞的捕获，且获取的单个细胞经过形态学或者分子生物学的分类鉴定，具有高特异性和高灵敏度，捕获的成功率高。细胞捕获的过程不需要手动操作，具有高的捕获效率。同时，上述的单细胞捕获装置，减少了需要输入的细胞数量，有利于实现对循环肿瘤细胞的单细胞捕获，为肿瘤的无创临床诊断提供了有效的检测工具。本发明提供的单细胞捕获装置实现了单细胞精确捕捉和培养，具有高捕捉率、高成功率、高通量、适用性强的特点，并且结构简单、易操作加工、成本低，进而成为能够满足科研和临床需求的工具，为单细胞研究提供发展机理、诊断及治疗等，提供了新的研究和实验手段。
2、本发明提供的单细胞捕获装置，所述拦隔组件包括沿所述第一流向对称分布的第一拦隔件和第二拦隔件，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件朝向所述第一流通口的一端形成所述第一开口，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件远离所述第一流通口的一端形成第二开口，所述第一开口的间隙 大于所述单个细胞的直径，所述第二开口的间隙小于所述单个细胞的直径；任意两个所述拦隔组件之间预留所需间隙。
3、本发明提供的单细胞捕获装置，拦隔组件包括沿所述第一流向对称分布的第一拦隔件和第二拦隔件，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件朝向所述第一流通口的一端形成所述第一开口，所述第一拦隔件和所述第二拦隔件远离所述第一流通口的一端形成第二开口，所述第一开口的间隙大于所述单个细胞的直径，所述第二开口的间隙小于所述单个细胞的直径。
上述的拦隔组件在液体的第一流向上形成第一开口和第二开口，两个开口使液体经过拦隔组件后继续流通，而单个细胞经过时由第一开口进入然后在第二开口处被阻拦，从而被限定在第一拦隔件和第二拦隔件包围形成的空间内；同时，继续流经拦隔组件的其他细胞由于受拦隔组件的阻挡，能够避免进入位于拦隔组件朝向第二开口方向一侧的细胞小室内。
当具有第二流向的液体流经拦隔组件时，液体经第二开口流向单个细胞，使单个细胞在液体流动力的推动下，由第二开口处离开拦隔组件，并进入位于拦隔组件朝向第一流通口一侧的细胞小室内。
4、本发明提供的单细胞捕获装置，成像单元包括光源、图像观测元件和图像采集元件，成像单元不仅能够采集单个细胞的光学明场图像，得到单个细胞的形态学信息。还能够利用目标细胞中特异性的分子生物学标记物(例如：目标细胞中细胞表面或胞内的各种特异性抗原)，向细胞小室中加入与第一抗体的第二抗体，第二抗体具体地可以是荧光抗体，然后利用第二抗体的荧光特性采集荧光图像信息，实现对目标单个细胞的分类、鉴定。
5、流道层通过第一移动件与所述控制单元连接，所述流道层在所述第一移动件驱动下发生水平和竖直方向的移动；所述捕获层通过第二移动件与所述控制单元连接，所述捕获层在所述第二移动件驱动下发生水平方向的移动。通过第一移动件和第二移动件带动流道层和捕获层移动，在单细胞捕获过程中，将流道层设置在捕获层的顶部表面，使流道层和捕获层形成封闭的结构，便于液体的流通。而在观测光学图像使，将流道层移动出细胞小室的成像区域，以便接收光源发出的光线，并利用图像观测元件和图像采集元件收集观测并收集图像信息。
6、本发明提供的单细胞捕获方法，利用上述的单细胞捕获装置，能够实现对活细胞的高效率和高特异性的单细胞捕获，并实现对单个细胞的荧光图像信息采集，完成对单细胞的筛选、鉴定。单细胞捕获所需要的输入细胞数量少，有利于实现对循环肿瘤细胞的单细胞捕获，为肿瘤的无创临床诊断提供了有效的诊断信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中所提供的单细胞捕获装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中所提供的单细胞捕获装置的流道层的俯视图；
图3是本发明实施例1中所提供的单细胞捕获装置的拦隔元件的放大图；
图4是本发明实施例1中所提供的单细胞捕获装置的捕获单元对单细胞捕获的过程示意图；
附图标记说明：
1-捕获单元，2-成像单元，3-收集单元，4-控制单元，5-磁场单元，
11-流道层，111-第一流通口，112-第二流通口，113-流体通道，114-拦隔组件，1141-第一拦隔件，1142-第二拦隔件，1143-第一开口，1144-第二开口，
12-捕获层，121-细胞小室，122-流入口，123-流出口，
13-第一移动件，14-第二移动件，
21-光源，22-图像观测元件，23-图像采集元件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种单细胞捕获装置，如图1所示，包括捕获单元1、成像单元2、收集单元3、控制单元4和磁场单元5。
如图1所示，捕获单元1包括流道层11和位于流道层11下方的捕获层12，流道层11通过第一移动件13连接控制单元4，第一移动件13具体地为机械臂，机械臂连接控制单元4，接收由控制单元4输出的信息，实现对流道层11水平和竖直方向的移动；捕获层12通过第二移动件14连接控制单元4，第二移动件14具体地设置为接收控制单元4输出信号的机械臂，利用第二移动件14实现对捕获层12水平方向的移动。
如图2所示，流道层11内开设有流体通道113，流体通道113在流道层11相对远离的两端形成第一流通口111和第二流通口112，第一流通口111连接第三管道，第二流通口112连接第四管道，利用蠕动泵使样本溶液或者缓冲液经第三管道流入第一流通口111，然后流向第二流通口112，在流体通道113内流通具有第一流向的溶液；或者将样本溶液或者缓冲液经第四管道流入第二流通口112，然后流向第一流通口111，在流体通道113内流通具有第二流向的溶液。流体通道113内设置有所需数量的拦隔组件114，如图3所示，拦隔组件114设置在流体通道113的底部表面，包括呈板形的第一拦隔件1141和第二拦隔件1142。第一拦隔件1141和第二拦隔件1142以第一流向或者第二流向为轴线对称分布，第一拦隔件1141和第二拦隔件1142靠近第一流通口111的一端形成第一开口1143，靠近第二流 通口112的一端形成第二开口1144，根据所需捕获的目标细胞的形态学信息设置第一开口1143的间隙，使第一开口1143的间隙大于细胞的直径，而第二开口1144的间隙小于细胞的直径，排布形成开口朝向第一流通口111的三角形区域。拦隔组件114还包括在第一拦隔件1141和第二拦隔件1142的第二开口1144的位置处设置第三拦隔件，第三拦隔件呈板形或者圆柱形，第三拦隔件位于上述的三角形区域在对称轴线的顶点处，第三拦隔件与第一拦隔件1141和第二拦隔件1142均预留所需间隙。
流道层11的下方设置有捕获层12，流道层11与捕获层12在接触闭合后形成封闭结构。捕获层12的顶部表面开设有对应拦隔组件114的细胞小室121，细胞小室121由捕获层12的顶部表面向内凹陷形成，细胞小室121一一对应地设置在拦隔组件114朝向第二流通口112的一侧，流道层11与捕获层12在接触闭合后流道层11在与细胞小室121的接触位置上形成可启闭的底部开口。细胞小室121内盛放有第一抗体修饰的磁珠，第一抗体结合单个细胞。例如，需要结合的单个细胞为CTC细胞时，第一抗体可以选择EpCAM、CK等等。细胞小室121在捕获层的两个方向上形成流入口122和流出口123，流入口122连接第一管道，流出口123连接第二管道。通过第二管道向流入口122泵入第二抗体或者分离缓冲液，第二抗体是与第一抗体特异性结合的荧光抗体，例如，第一抗体为鼠源的抗体，则第二抗体为抗小鼠的荧光标记抗体。分离缓冲液能够使单个细胞与第一抗体分离，具体地可以是包含与第一抗体特异性结合肽段的溶液，利用溶液中的肽段与第一抗体进行竞争性地结合，实现目标单个细胞与第一抗体的分离。
如图1所示，磁场单元5是悬空地设置在捕获层12下方的软磁材料形 成的软磁铁，软磁铁的表面缠绕有线圈，在对线圈通电后，能够使软磁铁产生磁场，产生的磁场用于吸引细胞小室121内的磁珠朝向细胞小室121的底部运动并最终集中在细胞小室121的底部表面。
单细胞捕获装置在进行细胞捕获，具体原理如下：包含若干数量目标单个细胞的样本溶液(例如：CTC细胞溶液)由第一流通口111泵入后，在流体通道113中以第一流向朝向第二流通口112流动，在流经拦隔组件114时，溶液中的细胞由第一开口1143进入拦隔组件114的三角形区域内，然后在第二开口1144处被阻挡，从而被限定在拦隔组件114所围成的位置处，实现对细胞的捕获。而拦隔组件114在捕获细胞后，第一拦隔件1141和第二拦隔件1142之间流通的溶液的流量会明显缩小，使下一个细胞在流经拦隔组件114时，由于所处的状态不稳定沿第一拦隔件1141或第二拦隔件1142的外侧流过，使每个拦隔组件114仅能捕获单个细胞。同时，拦隔组件114使其他流经拦隔组件114的细胞在流动方向上发生了一定的偏转，避免细胞落入位于拦隔组件114朝向第二流通口112一侧的细胞小室121内(也即，图4中位于拦隔组件114左侧的细胞小室121)。
利用拦隔组件114完成对单个细胞的捕获后，从第二流通口112通入不含细胞的缓冲液，缓冲液在流体通道113中以第二流向朝向第一流通口111流动，在流经拦隔组件114时，缓冲液由第二开口1144进入，并且由于液体的流动会对拦隔组件114内的细胞施加朝向第二一口1143的动力，使单个细胞随缓冲液一起朝向第一流通口111流动，在单个细胞的流动过程中，流至位于拦隔组件114朝向第一流通口111一侧的细胞小室121时(也即，图4中位于拦隔组件114右侧的细胞小室121)，通过开启流道层11的 底部开口(在本实施例中，所述底部开口的启闭可以通过设置受控制单元4控制的开关，可以使底部开口处于“开启”和“闭合”两种状态)，使得单个细胞经由该底部开口进入捕获层12的细胞小室121内。进入细胞小室121内的单个细胞与细胞小室121内磁珠表面修饰的第一抗体结合，开启磁场单元5，磁场单元5产生磁力将细胞小室121内的结合有单个细胞的磁珠吸附在细胞小室121的底部表面，避免细胞小室121内的单个细胞在液体流通过程中被移出细胞小室121，从而实现对单个细胞的捕获。上述的单细胞捕获装置，利用抗原和抗体的特异性结合，有效提高了单细胞捕获的灵敏度，同时，还有利于减少细胞捕获过程中的细胞损耗，在仅需少量细胞的情况下，即能完成对目标单个细胞的捕获，提高了单细胞捕获的效率，有利于实现对CTC细胞的单细胞捕获、筛选。
细胞小室121的流入口122连接第一管道，在完成磁珠与单个细胞的结合后，经第一管道由流入口122向细胞小室121中输入含有第二抗体的溶液，第二抗体与第一抗体特异性结合，为荧光标记抗体。第二抗体与细胞小室内的第一抗体结合后，产生荧光图像信息。细胞小室121的上方对应形成成像区域，利用第一移动件13将流道层11移开，使捕获层12直接曝露在成像单元2的观测区域内。捕获层12由透明材料制成，例如硅酸盐玻璃。利用第二移动件14在水平方向上调整捕获层12的位置，便于对细胞小室121内的单个细胞进行观测。
成像单元2悬空设置于捕获单元1的上方，成像单元2包括光源21、图像观测元件22和图像采集元件23，光源21、图像观测元件22和图像采集元件23分别连接控制单元4，与控制单元4之间进行信息的接收与输出。 其中，光源21具体地为脉冲激光器，脉冲激光器可以将特定波长的激发光照射到细胞小室121内的单个细胞上。图像观测元件22具体地为显微镜系统，显微镜系统能够观测到单个细胞受激发光照射后产生的光学图像，具体地为荧光图像信息，利用荧光图像信息能够完成对单个细胞的鉴定与分类。图像采集元件23具体地为线阵相机，能够将单个细胞的光学图像信息收集并输送到控制单元4。
收集单元3是与细胞小室121连通的多孔培养板，捕获层12的细胞小室121在捕获层12相对的两个方向上形成流入口122和流出口123，流入口122连接第一管道，流出口123连接第二管道，第二管道远离流出口123的一端伸入多孔培养板的单个培养孔内。在利用成像单元2完成对单个细胞的鉴定与分类后，通过第一管道经流入口122向细胞小室121内泵入分离缓冲液，使目标单个细胞与磁珠表面结合的第一抗体分离，目标单个细胞随分离缓冲液向流出口123流动，带动单个细胞一起经流出口123进入第二管道，然后进入多孔培养板的单个培养孔内，完成对单细胞的捕获过程。
利用上述的单细胞捕获装置，能够实现对活细胞的捕获，且获取的单个细胞经过形态学或者分子生物学的分类鉴定，具有高特异性和高灵敏度，捕获的成功率高。细胞捕获的过程不需要手动操作，具有高的捕获效率。同时，上述的单细胞捕获装置，减少了需要输入的细胞数量，有利于实现对循环肿瘤细胞的单细胞捕获，为肿瘤的无创临床诊断提供了有效的检测工具。本发明提供的单细胞捕获装置实现了单细胞精确捕捉和培养，具有高捕捉率、高成功率、高通量、适用性强的特点，并且结构简单、易操作 加工、成本低，进而成为能够满足科研和临床需求的工具，为单细胞研究提供发展机理、诊断及治疗等，提供了新的研究和实验手段。
实施例2
本实施例提供一种单细胞的捕获方法，利用实施例1中的单细胞捕获装置，单细胞的捕获方法具体地包括以下步骤：
(1)包含待分离细胞的样本溶液(例如，包括CTC细胞的样本溶液)由第一流通口111泵入流道层11的流体通道113内，流经流体通道113后由第二流通口112流出，样本溶液中的单个细胞被流体通道113内的单个拦隔组件114拦截；
2)由第二流通口112向流体通道113内泵入缓冲液，缓冲液流向第一流通口111，使单个细胞脱离拦隔组件114，进入位于拦隔组件114朝向第一流通口111一侧的细胞小室121内；
3单个细胞与细胞小室内121的磁珠表面修饰的第一抗体(例如：EpCAM、CK等)结合，开启磁场单元5，磁场单元5产生磁力使结合有单个细胞的磁珠吸附在细胞小室121的底部；
4)由流入口122向细胞小室121内通入含有第二抗体的缓冲液，第二抗体结合第一抗体，第二抗体为荧光标记抗体，产生荧光图像信息；细胞小室121的正上方形成成像区域，利用成像单元2获取细胞小室121内由第二抗体产生的荧光图像信息，根据荧光图像信息完成对单个细胞的鉴别，筛查出目标单个细胞；
5)向目标单个细胞所在的细胞小室121的流入口122通入分离缓冲液， 分离缓冲液是含有与第一抗体特异性结合肽段的缓冲溶液，使目标单个细胞与第一抗体分离，目标单个细胞经流出口123输出到收集单元3。
本实施例中的单细胞捕获方法，利用本发明提供的单细胞捕获装置，能够实现对活细胞的高效率和高特异性的单细胞捕获，单细胞捕获所需要的输入细胞数量少，有利于实现对循环肿瘤细胞的单细胞捕获，为肿瘤的无创临床诊断提供了有效的诊断信息。同时，在单细胞捕获过程中能够实现对单细胞的形态鉴定和分子生物学鉴定，获得目标单个细胞的光学图像信息，进一步提高了单细胞捕获的灵敏性和特异性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

  1. 一种单细胞捕获装置，其特征在于，包括捕获单元(1)、位于所述捕获单元(1)上方的成像单元(2)、与所述捕获单元(1)相连的收集单元(3)，以及分别连接所述捕获单元(1)和所述成像单元(2)的控制单元(4)；
    所述捕获单元(1)包括流道层(11)和设置于流道层(11)下方的捕获层(12)，所述流道层(11)内开设有至少一条流体通道(113)，所述流体通道(113)在所述流道层(11)相对远离的两端分别连接第一流通口(111)和第二流通口(112)；所述流体通道(113)内设置有拦隔组件(114)，所述拦隔组件(114)用于捕获第一流向的液体中的单个细胞，所述第一流向是由所述第一流通口(111)流向所述第二流通口(112)的方向；
    所述捕获层(12)的顶部表面开设有至少两个向内凹陷形成的细胞小室(121)，所述细胞小室(121)一一对应设置在所述拦隔组件(114)朝向所述第二流通口(112)的一侧，所述流道层(11)在与所述细胞小室(121)的接触位置上形成可启闭的底部开口，所述细胞小室(121)用于捕获第二流向的液体中的单个细胞，所述第二流向是由所述第二流通口(112)流向所述第一流通口(111)的方向；所述细胞小室(121)内盛放有第一抗体修饰的磁珠，所述第一抗体结合单个细胞；所述细胞小室(121)在所述捕获层(12)的两个方向上形成流入口(122)和流出口(123)，所述流出口(123)连接所述收集单元(3)；
    所述细胞小室(121)的正上方对应形成成像区域，所述成像单元(2)用于获取所述成像区域内的图像信息。
  2. 根据权利要求1所述的单细胞捕获装置，其特征在于，所述拦隔组件(114)包括沿所述第一流向对称分布的第一拦隔件(1141)和第二拦隔件(1142)，所述第一拦隔件(1141)和所述第二拦隔件(1142)朝向所述第一流通口(111)的一端形成第一开口(1143)，所述第一拦隔件(1141)和所述第二拦隔件(1142)远离所述第一流通口(111)的一端形成第二开口(1144)，所述第一开口(1143)的间隙大于所述单个细胞的直径，所述第二开口(1144)的间隙小于所述单个细胞的直径；
    任意两个所述拦隔组件(114)之间预留所需间隙。
  3. 根据权利要求1或2所述的单细胞捕获装置，其特征在于，还包括磁场单元(5)，所述磁场单元(5)设置于所述捕获单元(1)的下方，用于产生吸附所述磁珠的磁力。
  4. 根据权利要求3所述的单细胞捕获装置，其特征在于，所述磁场单元(5)为平行于所述捕获层(12)的磁铁或通电导线。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的单细胞捕获装置，其特征在于，
    所述成像单元(2)包括光源(21)、图像观测元件(22)和图像采集元件(23)；
    所述光源(21)发出的光线照射所述细胞小室(121)内的单个细胞，生成光学图像信息；
    所述图像观测元件(22)用于观测所述单个细胞的光学图像信息；
    所述图像采集元件(23)用于收集所述单个细胞的光学图像信息。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的单细胞捕获装置，其特征在于，通过所述流入口(122)向所述细胞小室(121)内输入第二抗体，所述第二抗 体为特异性结合所述第一抗体的荧光抗体。
  7. 根据权利要求1-6任一项所述的单细胞捕获装置，其特征在于，所述流道层(11)通过第一移动件(13)与所述控制单元(4)连接，所述流道层(11)在所述第一移动件(13)驱动下发生水平和竖直方向的移动；所述捕获层(12)通过第二移动件(14)与所述控制单元(4)连接，所述捕获层(12)在所述第二移动件(14)驱动下发生水平方向的移动。
  8. 根据权利要求1-7任一项所述的单细胞捕获装置，其特征在于，所述细胞小室(121)的流入口(122)连接第一管道，所述细胞小室(121)的流出口(123)连接第二管道，所述第二管道连接收集单元(3)。
  9. 根据权利要求8所述的单细胞捕获装置，其特征在于，所述收集单元(3)为多孔培养板，所述第二管道连通所述细胞小室(121)与所述多孔细胞板的单个培养孔。
  10. 一种单细胞捕获的方法，其特征在于，包括以下步骤：
    (1)包含待分离细胞的样本溶液由第一流通口(111)泵入流道层(11)的流体通道(113)内，流经所述流体通道(113)后由第二流通口(112)流出，样本溶液中的单个细胞被所述流体通道(113)内的单个拦隔组件(114)所拦截；
    (2)由所述第二流通口(112)向所述流体通道(113)内泵入缓冲液，所述缓冲液流向所述第一流通口(111)，使所述单个细胞脱离所述拦隔组件(114)，进入位于所述拦隔组件(114)朝向所述第一流通口(111)一侧的细胞小室(121)内；
    (3)所述单个细胞与所述细胞小室内(121)的磁珠表面修饰的第一 抗体结合，开启磁场单元(5)，所述磁场单元(5)产生磁力使结合有单个细胞的磁珠吸附在细胞小室(121)的底部；
    (4)由流入口(122)向所述细胞小室(121)内通入含有第二抗体的缓冲液，所述第二抗体结合所述第一抗体；所述细胞小室(121)的正上方形成成像区域，利用成像单元(2)获取细胞小室内由第二抗体产生的荧光图像信息，根据荧光图像信息完成对所述单个细胞的鉴别，筛查出目标单个细胞；
    (6)向所述目标单个细胞所在的细胞小室(121)的流入口(122)通入分离缓冲液，使所述目标单个细胞与所述第一抗体分离，所述目标单个细胞经流出口(123)输出到收集单元(3)。
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