[发明专利]一种操控和配对单微粒的微流控芯片及其应用

说明书

本发明公开了一种用于操控和配对单微粒的微流控芯片。所述芯片，包括通道层和控制层。所述的通道层包括多个捕获和转移单微粒的单元，每个单元由捕获流道，捕获腔室，捕获缝隙，转移流道，配对腔室，配对缝隙组成。所述的控制层位于捕获流道和配对流道的下方，与捕获流道和配对流道垂直并由隔膜隔离开。本芯片可高效率，精确操控单微粒的捕获和转移，并且经过不同轮数的单微粒捕获和转移后，可实现高通量，高效率的单微粒配对，且配对微粒的数量和种类可控。可广泛应用于单细胞的隔离与培养，单细胞异质性分析，多细胞共培养，多细胞相互作用及潜在机理的揭示等。

技术领域

本发明涉及一种操控和配对单颗粒的微流控芯片，其可应用于单细胞的隔离与培养，单细胞异质性分析，多细胞共培养，多细胞相互作用及潜在机理的揭示等。

背景技术

微流控技术由于具有微型化，集成化，高通量，精确操控微流体等优势，在物理，化学，生物，工程科学等领域得到越来越广泛的应用，其中一个重要的应用便是实现对单微粒的精确操控以及配对。以单细胞为例，细胞是生物体结构和功能的基本单位，多细胞生物的功能发挥离不开单细胞间的相互作用。因此，对细胞的全面准确认识，不仅需要从单细胞水平进行异质性分析，同时也需要深入探究多细胞间的复杂相互作用，而实现单细胞分析，多细胞相互作用的首要条件，便是建立对单细胞精确操控，配对的微流控平台。现有的微流控平台大多是基于细胞群的共培养，观察的是细胞的群体行为，无法在单细胞尺度上了解细胞间的相互作用模式。虽然也有基于流体力学的单细胞配对平台，但是目前的配对平台大多是基于两个细胞，对于数量更多，种类更多的多细胞配对，存在隔离和配对过程操作困难或者效率低的问题。比如将微流控技术和光场，磁场，声场，电场等结合起来，虽然可以实现多细胞配对，但是细胞种类缺乏选择性，并且操作繁琐，设备要求高。其他像微孔阵列，液滴体系等虽然能够实现大规模配对，并且能够兼容不同尺寸的细胞，但是由于存在泊松分布，所以很难实现特定数量和特定种类的多细胞配对。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种操控和配对单微粒的微流控芯片，该芯片可以简便高效的捕获和转移单微粒，实现不同数量，不同种类单微粒的配对，并且能够精确控制微环境。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于操控和配对单微粒的微流控芯片，其特征在于，包括通道层和控制层；其中，通道层设有多个单微粒捕获和转移单元；每个单元包括捕获流道，捕获腔室，捕获缝隙，转移流道，配对腔室，配对缝隙；捕获流道设有U形弯，U形弯两臂的端部之间连通形成捕获缝隙，捕获缝隙的进口端处设捕获腔室；在U形弯的上游的捕获流道，还设有一分支回路，所述的配对腔室位于该分支回路上，配对腔室一端设转移流道，并通过转移流道并入捕获流道主路，另一端设配对缝隙，配对缝隙再通过一连接管并入捕获流道主路；其中，转移流道并入捕获流道的第一交叉口，位于连接管并入捕获流道的第二交叉口的下游，捕获缝隙和配对缝隙的宽度小于捕获的单微粒直径；

所述的控制层包括捕获隔离流道和转移隔离流道，捕获隔离流道包括多个捕获隔离单元，每个多个捕获隔离单元设至少一捕获流道隔离阀，捕获流道隔离阀位于捕获流道的下方，第一交叉口和第二交叉口之间，和捕获流道之间由隔膜隔离；

转移隔离流道设多个转移隔离单元，每个转移隔离单元包括至少两个转移流道隔离阀，其中一个转移流道隔离阀位于转移流道下方和转移流道之间由隔膜隔离；另一个位于连接管下方，和连接管之间由隔膜隔离；

捕获流道设至少一样品入口以及至少一样品出口；捕获隔离流道和转移隔离流道分别包括一个入口。

在本发明中，所述的多个单微粒捕获和转移单元之间，可以采用串联连接，也可以采用并联方式连接，还可以是串联、并联混合方式连接。

在本发明中，多个转移隔离单元之间，可以采用串联、并联或串联并联混合方式连接；多个转移隔离单元之间，同样可以采用串联、并联或串联并联混合方式连接。