[发明专利]一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片及其应用

权利要求书

1.一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：包括具有多层图案的数字微流控芯片和集成电路两部分；所述的具有多层图案的数字微流控芯片包括上、下极板两部分，下极板包括基底、电极层、介质层、捕获层和局部亲水化的疏水层，上极板包括疏水化的电极；集成电路为数字微流控电路控制系统；

所述数字微流控芯片的下极板包括基底、电极层、介质层、捕获层和局部亲水化的疏水层，电极层位于基底表面，介质层均匀涂覆于电极层上表面，捕获层结合于介质层上方并与电极层特定位置对准，局部亲水化的疏水层在捕获层上表面，在捕获层周围形成亲水图案，在其余区域形成疏水图案；所述上极板从下至上依次包括疏水层、接地导电层和上极板基底；

电极层为具有特定图案的电极阵列，包括电极接入口、贮液池电极单元、液滴生成通道电极阵列、单颗粒/单细胞捕获电极阵列和反应电极区，液滴生成通道电极阵列分别与贮液池电极单元一一相连，并以单颗粒/单细胞捕获电极阵列和反应电极区为中心对称分列于其两侧；

捕获层为具有单细胞捕获能力的微结构阵列，由具有小于单颗粒/单细胞尺寸间隙的微结构和流体分布微柱组成，该阵列与电极层特定位置对准；

局部亲水化的疏水层经对准在捕获层的微结构处形成亲水化位点。

2.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：所述的捕获层微结构的间隙的宽度为5-500微米，深度为5-300微米，流体分布微柱随微结构的大小形状变化而变化。

3.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：所述的颗粒/细胞的直径在5-200微米。

4.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：所述的亲水化位点的形状包括圆形、方形、半月形，随捕获层形状的变化而变化。

5.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：所用捕获层的材料为光刻胶，捕获层和介质层通过分子间直接相互作用或等离子体可逆键合在一起。

6.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：所用局部亲水化的疏水层材料为特氟龙或聚四氟乙烯PTFE水分散液，通过局部剥离技术构建于捕获层上，形成局部亲水化的捕获结构。

7.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：对液滴包裹油壳或将液滴浸润在油相中以防止液滴挥发。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，其特征在于：用于单颗粒/单细胞的捕获和/或分析。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片的应用，其特征在于：用于稀有颗粒/细胞的捕获和/或分析。

10.一种全自动单颗粒/单细胞捕获方法，其使用权利要求1-8任一项所述的基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片，包括如下步骤：

步骤A：将各试剂分别负载于数字微流控芯片的贮液池电极单元内，加入适量的填充油将各液滴包裹住，使用集成电路对电极进行预通电，转入步骤B；

步骤B：使用集成电路的控制电路控制电极驱动电路，按一定次序进行电极的通断电控制，从而从贮液池电极单元产生一个合适体积的含颗粒/细胞液滴，通过与其连接的通道电极阵列将液滴移动至单颗粒/单细胞捕获电极处，重复这一过程使各捕获电极均负载含颗粒/细胞液滴，转入步骤C；

步骤C：对单颗粒/单细胞捕获电极阵列区电极断电，液滴静置1～3分钟后，使颗粒/细胞在重力作用下沉降于芯片表面，转入步骤D；

步骤D：集成电路的控制电路控制电极驱动电路，使液滴从单颗粒/单细胞捕获电极阵列区通过，实现该芯片上多路单颗粒/细胞的捕获，然后转入步骤E；

步骤E：对于稀有样品，将移走的液滴驱动回贮液池电极中可以实现几乎无损捕获；对于普通样品，直接将移走的液滴驱动至废液池中，转入步骤F；

步骤F：控制电极驱动电路从另一贮液池电极单元中引出清洗液，洗去捕获结构电极区残余的颗粒/细胞，然后将液滴驱动至废液池中，转入步骤G；

步骤G：控制电极驱动电路从另一贮液池电极单元中引出其余反应试剂，用于进行后续的分析研究。