[发明专利]一款和微流控芯片匹配的打印装置及打印方法

说明书

本发明公开了一款和微流控芯片匹配的打印装置及打印方法；打印头包括用于打印粒子和特定液体的打印通道及位于打印通道单侧、双侧或环绕打印通道的辅助通道。当图像识别系统判断具有特定数量粒子或特定体积的液体流出打印口后，可以迅速注射辅助打印液，使之流出辅助通道，并与打印口附近的液滴迅速融合，进而在重力作用下迅速自然滴落。该发明通过迅速增加包含待打印液体或粒子的液滴的体积，进行液滴的自然滴落打印，有效避免了传统的基于快速喷射进行打印的方法对液体内部粒子特别是细胞活性的影响。

技术领域

本发明涉及微粒打印领域，特别是一款和微流控芯片匹配的打印装置及打印方法。

背景技术

单细胞分析可以获得通常在传统的基于人群研究中被忽视的数据，已成为再生医学、临床诊断和细胞治疗的强大工具，而将单细胞打印接种到单独的培养室是单细胞分析的关键要求之一。

成功地从细胞群中分离出单个细胞，随后维持细胞活力以极低的体积转移到指定的容器是后续细胞和分子分析的第一步和关键一步，包括单细胞克隆、PCR、蛋白质表达、基因测序。高效的单细胞打印方法成为单细胞打印系统的关键技术。目前，国内外能够进行单细胞分选的研究非常多，但在绝大多数的研究中单细胞分离后都依旧停留在原微流控芯片内，或者只能在微流控芯片的下游做一些有限的单细胞分析，并不能将单个细胞无侵害的确定性接种到其他容器中，限制了单细胞分析的发展。因此，单个细胞打印提取技术显得至关重要。

现有先进的单细胞打印有基于压电、加压打印、接管引流或接触等方式。这些方法虽然充分的利用了微流控技术的优势，但是要么对设备的要求高过程繁琐，要么手工操作打印效率低，并且制造过程较为复杂。

德国弗莱堡大学PeterKoltay等介绍了一种用全自动原型仪器以压电陶瓷驱动的非接触喷墨打印单个活细胞的装置。该技术基于透明微流控芯片和相机辅助自动检测系统。芯片内部的细胞被限制在微滴中，通过电信号控制压电陶瓷挤压储存细胞的液体腔使液滴滴落将单细胞打印出来。日本名古屋大学Feng, Lin等人设计的单细胞打印芯片出口处放置分配喷嘴。最后，筛选出来的卵母细胞停在分配喷嘴孔处被上方的气流喷射到培养阵列中实现单细胞的打印。哈尔滨工业大学陈华英等使用了一种最简单的打印方法，该芯片通过气动微阀筛选了单个细胞后，在芯片上方通过针头插上的管道直接将细胞引流接种到微孔板中。上海交通大学的陈翔等在芯片下方打孔，插入毛细玻璃管，将包含细胞或者微粒的液滴打印至收集基板上。美国安德森癌症中心的Lidong Qin等介绍了可用于单细胞分离的Hand-Held Single-Cell Pipettes(hSCP)。这类hSCP包括一个双通道吸管和一个hSCP尖端。hSCP尖端的芯片中设计有单细胞捕获的钩子，而连在尖端的双通道吸管可以通过正压和负压的操作经过准备、捕获、冲洗、释放四个步骤将单细胞分离出来。相似的，LidongQin的团队也设计出了由 SCP-Tip,Air-Displacement Pipette(ADP)和ADP-Tips三个模块组成的单细胞移液管用于单细胞转录组测序。还有一些研究人员通过形成的微小液滴与下方的微孔触碰实现液滴的被动滴落来达到打印的目的。

上述方法极大地推动了单细胞打印的发展，但设计出新的打印技术实现先进的单细胞生化分析仍然是必要的，因此，本发明在前人的基础上新颖的提出了一种操作简便，能够进行单细胞/微粒高效打印的微流控打印出口。

综上所述，与本发明相比，背景技术具有明显的不足。简要概括如下：

Peter Koltay等的这种压电式的单细胞打印对设备的要求高，制造复杂，价格昂贵，并且需要其他精密设备提供电信号。Feng,Lin等的这种方法和Lidong Qin等的这类移液管式的单细胞打印通过加压打印无法确保缓和的流体剪切力，对细胞伤害性较大，最重要的是加压会很大程度的影响到芯片内部流道的流体动力学压强分布，造成芯片内部流体回流现象，不适合高通量的细胞打印。陈华英等的这种向上打孔引流的方法很容易使细胞由于重力作用沉淀在出口处。而陈翔等的这类向下打孔引流的方法虽然避免了细胞沉淀，但操作更复杂了，并且细胞极易卡在毛细玻璃管和芯片出口的缝隙处，很难实现单细胞的确定性打印。