[发明专利]一种用于精准组装单微粒的微流控芯片及单微粒组装方法

说明书

本发明公开了一种用于精准组装单微粒的微流控芯片及单微粒组装方法。所述微流控芯片结构包括通道层和封闭层。其中通道层结构包含两条并行独立的通道，分别含有捕获通道、环形旁路、组装腔室。其操作步骤包括：(1)进行单微粒的捕获(2)通过反向通溶液，转移单微粒到组装腔体(3)经过多次的捕获和转移，实现多细胞的组装。该芯片基于流体力学原理可以实现高效的单细胞捕获，通过流体流向的控制，操纵单微粒的组装，经过多次重复捕获和组装，即可实现精准的单微粒组装。该发明可应用于单细胞RNA测序、单细胞共培养、细胞分泌蛋白检测、单细胞相互作用分析等研究应用领域。

技术领域

本发明涉及一种精准组装单微粒的微流控芯片，其可应用于单细胞RNA测序、单细胞共培养、细胞分泌蛋白检测、单细胞相互作用分析等领域。

背景技术

单微粒组装对于研究微粒性质和功能具有重要意义，以单细胞为例，细胞存在着很强的异质性，传统基于群体细胞的分析往往掩盖了细胞间的异质性，而获得平均的表达信息，而很多时候是个性化的单细胞功能对生理以及疾病起着重要作用。微流控芯片被称为“芯片实验室”,具有小型化，一体化，高通量，尺寸和单微粒相匹配等优点，因此，特别适用于单微粒的分析。然而，现有的微流控芯片装置的可控组装能力有限。比如微阵列或者液滴微流控系统，受到泊松分布的限制，导致大多数微孔或者液滴中是不含有单微粒的空微孔或者空液滴，只有少数含有单个微粒，更加无法精准控制微孔或者液滴中组装的细胞数目。其他类型的微流控装置，比如基于流体动力学捕获原理的微流控芯片，大多数仍然无法实现真正的精准组装。另外，近年涌现一些可用于多种微粒组装的微流控芯片，一次操作往往只能实现一种类型单微粒的捕获和组装，而较难实现单次操作同时获得两种不同类型单微粒的捕获和组装。

发明内容

为了解决上述问题和不足，本发明的目的在于提供一种精准组装单微粒的微流控芯片。该芯片可以实现高效的单微粒捕获和组装，并且可以精准控制组装的数量和类型，同时该芯片含有两个通道，可以实现并行捕获两种单微粒，一次转移到组装腔体即可实现两种微粒的组装。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于精准组装单微粒的微流控芯片，包括通道层和封闭层，其中，所述的通道层含有两条并行的第一通道和第二通道，每条通道包括至少一样品入口以及一样品出口，还包括设于样品入口和样品出口之间的复数个基本单元，其中：

每个基本单元包括两条捕获通道、两条旁路通道和一个组装腔体；两个捕获通道设于所述的组装腔体的一侧，和样品入口连接的通道在靠近组装腔体处分叉为捕获通道和旁路通道，两个旁路通道的出口分别连接下一基本单元的进口，且每个旁路通道的出口分别具有一反向延伸段连通至组装腔体；所述的两条捕获通道的捕获缝隙尺寸不同。

优选地，旁路通道包括多个连接段，所述的连接段为“几”字形，多个几字形从小到大排列依次向外叠加，且相邻的几字形的有一端连接，构成串联的通道。

优选地，第一通道的旁路通道和第二通道的旁路通道对称排列，分别设置在组装腔体的两侧。

优选地，捕获通道为喇叭形，喇叭小口的一端位于组装腔体的一侧。

优选地，所述芯片结构还包含封闭层，通道层与封闭层通过键合实现通道的密闭性。

优选地，所述通道层中的每个基本单元通过串联的形式连接在一起。

优选地，所述第一通道或第二通道的宽度为5-1000微米，深度为5-100微米；捕获通道的宽度为5-50微米，组装腔体的宽度为50-500微米，深度为50-500微米。

优选地，所述组装腔体的深度大于其余通道深度。

本发明还提供所述的用于精准组装单微粒的微流控芯片的用途，用于单细胞RNA测序、单细胞共培养、细胞分泌蛋白检测、单细胞相互作用分析等研究应用领域。