[发明专利]用于单细胞固定并原位进行医学分析的微流控芯片装置及其应用

说明书

本发明提供一种用于单细胞固定并原位进行医学分析的微流控芯片及其应用，包括细胞阵列，所述细胞阵列是由若干个重复微阵列单元构成的矩阵结构，微阵列单元包括单元入口、细胞捕捉卡口、核酸扩增反应室和单元出口，核酸扩增反应室由若干个栅栏围绕而成，栅栏之间存在间隙，所述间隙只能通过细胞液、细胞分散液或核酸扩增试剂，不能通过油相；栅栏外围为导流油相的导流渠道，导流渠道分别与单元入口和单元出口连通。本发明利用该芯片构建单细胞分析平台，实现对高、低通量的单细胞的快速分选隔离，提供对细胞捕获的直观视觉认证，并能够控制单细胞核酸扩增反应的试剂体积、便利进行下游基因分析，来解决现有单细胞技术中的成本高、分析复杂的问题。

技术领域

本发明属于单细胞分析芯片领域，具体涉及一种用于单细胞固定并原位进行核酸扩增的微流控芯片装置及其应用。

背景技术

研究细胞异质性的关键就在于能否实现对单个细胞进行多参数的分析。单细胞分析技术在癌症诊疗中的研究应用还处于起步阶段，仍有许多技术问题尚待解决。

近几年，随着相关领域一系列技术突破，“单细胞分析”才真正得以实现，如单细胞核酸样本扩增技术已经成为非常重要的基因分析手段。

要将核酸扩增技术运用于单细胞遗传信息分析领域，建立的分析方法必须首先满足高效地分选及隔离单个细胞，以保证对稀有细胞分子生物学分析的准确性。

其次，由于单细胞水平上的样品量极其有限(一个典型的人类细胞仅含有约6.6pgDNA、10pg总RNA)，而传统的高通量分析手段往往只能基于大量细胞进行分析，得到的也是大量细胞的平均信息。因此，新发展的技术用于单细胞分析还需要满足反应试剂体积尽可能小(≤1μL)，以防止待分析的目标基因被稀释，也避免在分析过程中引入核酸污染物。

再次，所设计的实验平台应当简单易操作，不需要复杂的设备部件，如阀门或者混合器等。

最后，建立的方法易于做进一步的分子生物学表征，包括基因扩增、测序、蛋白质组学表达和分泌物分析等。

常规的单细胞分离方法都或多或少的存在以下问题：1)耗时长，2)操作复杂，3)结果不可靠，4)分析效率低，6)单个细胞分析试剂量大，7)下游分子生物学分析复杂，7)大样品体积要求，8)高污染风险和/或昂贵仪器的要求。因此依赖于常规分析手段的单细胞技术研究成本非常高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于单细胞固定并原位进行核酸扩增的微流控芯片装置及其应用，利用该芯片构建一个单细胞分析平台，实现对高、低通量的单细胞的快速分选隔离，提供对细胞捕获的直观视觉认证，并且能够控制单细胞核酸扩增反应的试剂体积、便利进行下游基因分析，来解决现有单细胞技术中的成本高、分析复杂的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于单细胞固定并原位进行医学分析的微流控芯片，包括进样口、细胞阵列和出样口，所述细胞阵列是由若干个重复微阵列单元构成的矩阵结构，所述微阵列单元包括单元入口、细胞捕捉卡口、核酸扩增反应室和单元出口，所述核酸扩增反应室由若干个栅栏围绕而成，栅栏之间存在间隙，所述间隙只能通过细胞液、细胞分散液或核酸扩增试剂，不能通过油-水混合相；栅栏外围为导流油相的导流渠道，导流渠道分别与单元入口和单元出口连通。每个单元入口都和相邻单元的出口相连。总进样口和出样口连接开始和末端的单元入口和出口，为水相和油相的总的流入和流出通道。

进一步的，所述栅栏结构为以位于单元入口与单元出口的中心连线为对称线的对称结构，包括位于所述中心连线两侧的横向的第一栅栏和竖向的第二栅栏；所述第一栅栏包括两段，靠近单元入口的一段向单元入口方向弯折，构成第一段导流结构，另一段平行于所述中心连线；细胞捕捉卡口位于所述中心连线上，第一段导流结构之后；所述第二栅栏与第一栅栏之间存在间隙，两个第二栅栏之间存在间隙，第二栅栏的靠近所述中心连线的一端向单元出口偏移，构成第二段导流结构。