[发明专利]一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法，所述芯片由两层组成，上层为流路出入口层；下层为流路控制层；所述流路出入口层有液体流路通道入口(1)和液体流路通道出口(2)；所述流路控制层由单细胞捕获流路通道(3)、气路通道(4)、液滴生成单元(5)组成；该芯片采用光刻和腐蚀方法制备出通道部分突起的SU‑8芯片模板，经过聚二甲基硅氧烷(PDMS)反模得到PDMS芯片。该芯片具备高通量的液滴生成单元，具有气压可控的气体流路通道，可实现高通量的单细胞捕获，可实现单细胞捕获过程的自动化，减少细胞和试剂用量，应用范围广泛。

技术领域

本发明属于微流控技术和聚合物芯片的加工、制作等领域，具体涉及一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片实验室是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分离、分裂等基本操作单元集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学和生物实验室的各种功能的一种技术平台。微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。高通量是规模集成的一种形式，只是被集成的操作单元或单元群是相同的。

近几年的生物学和医学研究发现，针对单个细胞的细胞生物学研究有着重要的意义。同一种细胞，不同细胞个体之间也可能有很大的差异，而变异最显著的细胞往往能够揭示重要生物学现象或者提示重大疾病的发生，揭示癌症发病机制，懂得细胞分化与组织发育原理，识别基因表达特性与细胞特征。因此，准确捕获差异显著的单细胞群体并进行精确鉴定是生物医学研究中急需的关键技术。

近年来，随着微流控技术的迅速发展，为人们提供了一种操纵微米尺度流体的方法。同时微加工技术的发展也提供了制造与细胞尺度相似的微结构的方法，其在单细胞分析中的应用引起了越来越多的关注。芯片上的细胞单元作为单细胞微反应器，能够有效控制扩散，提高检测灵敏度，已被成功应用于多种单细胞分析中。此外，从大量的样本(例如血液)中准确捕获特定细胞并对其进行鉴定鉴定，也是传统技术(如流式细胞仪)难以实现的。

本发明利用微流控和聚合物芯片的加工、制作技术制备了一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片，整个装置结构简单，无需任何复杂和昂贵的设备，可实现高通量，操作方便自动化，可长期捕获悬浮培养单细胞、减少细胞损伤且便于加入药物刺激。

发明内容

本发明的目的是提供一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法，以解决以往单细胞捕获过程中存在的操作步骤繁琐复杂、容易造成细胞损伤、捕获效率低等局限，本发明制备过程稳定，操作简单，集成度高、可实现自动化。

一种高通量自动捕获单细胞的微流控芯片，所述芯片由两层组成，上层为流路出入口层；下层为流路控制层；

所述流路出入口层有液体流路通道入口和液体流路通道出口；

所述流路控制层由单细胞捕获流路通道、气路通道、液滴生成单元(单细胞捕获阱)组成；

所述单细胞捕获流路通道是一条由多个交互连接的U型通道构成的长通道，长通道两端分别连接液体流路通道入口和液体流路通道出口，每个U型通道的直通道均有与之平行的气体流路通道，每个U型通道的直通道上分布着数个圆柱形凹陷小坑结构的液滴生成单元。

所述芯片抽真空后，气路通道处于负压状态，由于PDMS的透气性，气路带动周围的液路通道形成负压，可自动将单细胞悬液从液路通道入口吸入，用于单细胞进液和捕获。

所述单细胞捕获流路通道宽100～300μm，U型通道的直通道长为40～50mm，直通道间距为0.5～1mm。

所述气路通道宽为200～500μm，长为40～50mm，间距为0.5～1mm。

所述单细胞捕获流路通道与气路通道间距为0.5～1.5mm。