[发明专利]一种基于图像处理和微流控打印的单细胞分选装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理和喷墨打印的单细胞分选装置及方法，包括微流控芯片、图像采集装置、图像处理与控制单元、位移致动器、液体容器和位移台；包含有细胞的液体在压力驱动下在微流控芯片中的管道中流动，当图像采集装置拍摄、识别到所需筛选的目标对象时，控制单元驱动位移致动器产生敲击芯片的动作，从微流控芯片的喷口打印出包含单个细胞的微液滴，结合位移台，将不同目标细胞分割在不同液滴中。本发明提供的微流控细胞打印技术，结合原位图像检测技术，能够实现高精度细胞分选。

技术领域

本发明属于生物医疗仪器技术领域，具体涉及一种基于图像处理和微流控打印的单细胞分选装置及方法。

背景技术

在癌细胞筛查、单细胞克隆、细胞分化机理研究、药物开发、单细胞测序等生物医疗领域中，经常需要利用细胞分选装置从一种或多种细胞溶液中分离出单个的目标细胞。目前，流式细胞仪是最常用的单细胞分选装置，其利用激光器激发检测被染色细胞内部的荧光信号，从而识别细胞种类，并通过挤压产生带电荷液滴分选细胞。但利用荧光信号对细胞进行分类，能反映的细胞信息有限，而且荧光染色会对细胞造成损伤。因此，近年来基于图像处理的细胞分选方法通过非荧光标记的方法被用于检测细胞种类：如2018年《cell》(10卷，1016)报道了采用图像处理分选海藻细胞和血小板，2019年《nature methods》(10卷，1038)把这种方法用于分选血细胞，中国专利CN 201780046504.9《基于图像的细胞分选系统和方法》也提出了一种基于图像的细胞分选方法，但是他们都不能进行单个细胞的分选。这是因为细胞只能在致动器的作用下轻微偏移，进入指定管道，导致只能把细胞进行分类，而不能进行单细胞分离。采用打印的方法可以生产包含单个细胞的液滴，如中国专利CN201811382635.7《一种使用单细胞打印机进行单细胞分选的方法》，但是现有方案都是基于传统喷墨打印机来产生细胞液滴，这种毛细力进液的方式导致细胞在喷嘴是不可控的，分配效率不高，且没有办法对多种细胞分选，为此我们提出一种基于图像处理和微流控打印的单细胞分选装置，该装置采用微流控打印技术，可以在流动环境下直接从多种细胞中分选出单个目标细胞，采用微流控芯片结合喷墨打印的方案，其精度高，成本低，具有巨大应用前景。图像处理方法不需要荧光标记，而且可以获取更多细胞信息。采用图像检测，可以非常准确获取细胞在喷口处的位置，使分选更加精确。采用高分子材料制作微流控芯片，芯片与位移致动器分离，成本低，无污染。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种无需荧光标记，高效率单细胞分选装置及方法，不需要荧光标记，对细胞的损伤小，还可提供更多关于细胞形态信息，有助于实现对细胞更精细的分选；微流控打印不仅可以实现细胞的种群分类，还能实现单个细胞的隔离，为单细胞的分析提供更便捷的手段。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，通过结合图像检测技术和微流控打印技术，实现单细胞的隔离与分选。

本发明一种基于图像处理和微流控打印的单细胞分选装置，包括微流控芯片、图像采集装置、图像处理与控制单元、位移致动器、液体容器和位移台；其中：

微流控芯片，包含有细胞的液体在外部压力的作用下在微流控芯片的微管道中流动；

图像采集装置，用于拍摄微流控芯片的喷嘴及其附近微管道内液体的图像，并把图像实时传输给图像处理与控制单元；

图像处理与控制单元，图像处理单元对采集的图像数据进行分析，从中获取与细胞相关的信息，并基于所述细胞相关的信息与设定条件进行比较，如果检测到目标细胞，控制单元发送触发信号给位移致动器和位移台。

位移致动器，在触发信号的作用下，敲击所述微流控芯片的打印腔，使微管道中包含有单个细胞的液体从微流控芯片的喷嘴中喷出，形成包含单细胞的液滴；

液体容器，用于接收打印产生的液滴；

位移台，用于液体容器的移动，使打印产生的液滴滴落在容器不同位置。