[实用新型]一种基于微流控芯片的单细胞自动操控分选装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及细胞操控技术领域，具体说是涉及一种基于微流控芯片的单细胞自动操控分选装置。

背景技术

在生命科学、医学以及生物学等诸多领域，经常需要从较为复杂的样品中，分选出单个目标细胞，以进行后续的科学研究。例如在癌症研究中，分选获得单个癌细胞是进行后续细胞测序的关键技术。

目前，最为常用的单细胞分选技术是借助显微镜，采用手动的方法从样品中隔离出单个细胞。该方法费时，操控难度大并且容易对细胞造成伤害。以流式细胞仪为代表的细胞计数和筛选仪器，虽已实现集成化和自动化，但无法实现单个细胞的分选。

微流控芯片是通过构建网络式通道，从而将样品制备、生物与化学反应、分选和检测等过程，缩微或基本缩微到一块几平方厘米的芯片上，并对其结果进行检测与分析，扩展了在细胞和亚细胞水平上进行生命科学研究的能力。在微流控芯片上，通过对微流体施加不同的作用，比如介电电泳、磁场力、声动力、光镊技术等，使微流控通道内这些作用与流体动力相结合，从而实现对细胞或者颗粒的分选以便使单细胞计数、筛选以及胞内组分分析等操作大大简化。目前，有多种方法应用在微流控芯片上进行细胞操控：

1)立柱结构分选：该方法是根据细胞粒径和变形等特点，通过改变芯片内立柱之间的距离，实现对不同粒径的细胞或粒子的分选。其优点是能够精确控制分选的细胞或者颗粒尺寸，但是具有芯片体积较大，通量较小，容易形成通道堵塞等缺点，并且捕获的细胞很难回收进行后续研究。

2)惯性力分选：惯性分选的原理主要是基于细胞在微流道中所受的惯性升力、离心力等惯性力作用，使得不同尺寸的细胞受力之后的平衡位置不同，从而实现分选。其优点是通量高，能够实现连续分选。但是无法实现单个细胞的捕获。

3)磁力分选：磁力分选主要利用特异性磁珠来捕获细胞，并继而利用外加磁场来操控。该方法的主要缺点是某些细胞很难有特异性的磁珠，并且后续脱附磁珠的步骤会影响细胞的活性。

4)电分选：电分选主要分两种，一是电泳分离：利用外加电场和粒子表面电荷的相互作用来驱动细胞运动；二是介电泳分离，利用细胞在非均匀电场中受到的极化作用使细胞运动。该两种方法具有分选通量高和分选效率高等优点，但是受流道内电导率影响较大。

5)光学分选：光学分选利用激光光束作用在细胞或颗粒上的不同位置，能够实现对细胞的精确控制，但是通量低，对光源的波长及功率有特定要求。

6)声波分选：声波分选利用微流道中被压电材料感应到超声波共振时，产生的辐射能使细胞运动。其优点是能够对单个细胞进行操控，但是对分选设备要求高，操作较复杂。

7)水动力分选：利用外界提供的力对溶液中的流体施加作用，从而分选溶液中的细胞。其优点是施加的力可以控制大小，能对细胞进行精确操控，缺点就是外界设备比较多，集成困难。

综上所述，使用上述任意单一方法均不能实现有效地单细胞全自动快速操控，且其所用装置大多结构复杂，操作不便。

发明内容

鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种结合水动力分选技术与电分选技术，同时能够实现单细胞自动操控分选的装置及方法。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种基于微流控芯片的单细胞自动操控分选装置，其特征在于，装置包括细胞分选基片、压力控制元件、信号处理元件、通道分选元件及信号采集控制装置；

所述细胞分选基片由玻璃底片及凹刻有微流道的PDMS微流控芯片封装构成，所述PDMS微流控芯片与玻璃底片键合一侧中间位置凹刻有首尾两端分别设置进样储液孔和废液储液孔的主通道；

所述主通道中间位置对应的两侧侧壁向通道中心方向渐缩，以形成用以检测通过细胞的细胞检测区域；所述主通道位于细胞检测区域后一定位置处呈放射性均匀连接有N条末端设置有目标细胞储液孔的细胞分选通道，其中N≧2；

所述主通道与所述细胞分选通道连通处为细胞分选区域，所述细胞检测区域前的部分主通道为上游主通道，所述细胞分选区域后的部分主通道为下游主通道；

同时，任意所述目标细胞储液孔均与压力控制元件一端连接；所有压力控制元件另一端均与信号采集控制装置连接；所述进样储液孔和废液储液孔内均插有铂电极，所述进样通道储液孔内的铂电极与一直流电源的正极连接，且废液储液孔内的铂电极通过一参考电阻与上述直流电源的负极连接；所述参考电阻的两端均通过导线与所述信号处理元件的输入端连接，所述信号放大元件的输出端与所述信号采集控制装置连接。