[发明专利]一种单细胞分析用微流控芯片和系统及单细胞分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及单细胞分析技术领域，尤其涉及一种将单细胞的捕获、鉴定和裂解集成为一体的单细胞分析用微流控芯片，以及配套系统和单细胞分析方法。

背景技术

获取细胞内容物是大多数分子生物学研究的基础，同时很多现代医疗诊断方法（例如基因组测序和蛋白组学分析）也都需要获取细胞内容物。传统的获取并分析细胞内容物的方法需要大量的细胞，获取某一内容物（例如核酸或蛋白质）的总含量，将该总含量除以细胞个数，就获得了单个细胞中内容物的数量。

显而易见，上述方法是非常不精确的。更重要的是，上述方法有一个必要前提，单次分析中所有的细胞的性质必须是近似均一的。但无论是在前沿研究中，还是重大疾病的早期阶段，都常常仅有个别的细胞内容物组分和其它细胞不同，这时传统的方法将会平均掉该变化，使所述个别细胞的变化无法检测。

目前的前沿生物学研究和医学研究，例如诱导干细胞研究和循环肿瘤细胞研究，都揭示了一个重要原理：即使是同一种细胞，不同细胞个体之间也可能有很大的差异，而变异最显著的细胞往往能够揭示重要生物学现象或者提示肿瘤等重大疾病。因此，准确获取变化最显著的单个或数个细胞内容物并进行精确鉴定是飞速发展的生物学和医学研究十分需要的技术。

另一方面，从大量的样本（例如血液）中获得特定的细胞，也就是对细胞的准确捕获和鉴定，也是传统技术（如流式细胞仪）难以实现的。

近年来，微流控技术的出现，为研究者们提供了一种操纵微米尺度的流体的方法。同时微加工技术的发展也提供了制造与细胞尺度相似的微结构的方法。上述技术的出现，使得控制单细胞成为可能。

目前，尚无能够将细胞捕获、鉴定及裂解集成在一起的公开技术。但分别实现细胞捕获及细胞裂解功能的微芯片技术都已有公开报道。

关于微流控芯片中的单细胞捕获有以下三类技术：（1）物理屏障，如申请号为200680020207.9的中国专利申请中，在微流控芯片中制作一些和细胞大小类似的物理屏障，当细胞流过时，就被捕获在屏障中；申请号为201110224663.8的中国专利申请中，利用磁力，通过在细胞表面粘附磁珠并用磁场捕获细胞。（2）流体力学驻点，如申请号为201210418914.0的中国专利申请中，不涉及物理屏障，利用流体力学原理，产生一些流体驻点，根据不同的细胞尺寸和密度等特性，可以使细胞被捕获在一些特定的位置。（3）电致细胞运动，如申请号为201210152137.X的中国专利申请中，在微流控通道中制作微电极，利用细胞电泳或细胞介电泳等方式，使细胞被捕获在电极附近。

关于微流控芯片中的细胞裂解主要涉及到以下两类技术：（1）利用裂解液进行化学裂解，如申请号为200710012879.1的中国专利申请中，将化学裂解液通过细胞，溶解（或部分破坏）细胞膜；这种技术会引入污染，加大对细胞内容物进行分子生物学分析（如蛋白质组学分析）的难度。（2）利用电场、声波或激光来破坏细胞膜，如申请号为201210152137.X的中国专利申请公开的技术。

目前已公开的技术中，都没有涉及到对所捕获的细胞进行鉴定，根据鉴定结果针对性的裂解其中一部分（甚至单个）细胞并获取细胞内容物的方法。也就是说，目前尚没有将单细胞的捕获、鉴定和裂解集成为一体的单细胞分析用微流控芯片的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种单细胞分析用微流控芯片，能够精确地从大量细胞中获取特定单细胞的内容物，将单细胞捕获、鉴定及裂解过程集成在单块微流控芯片上，通过提供相应的操作方法，实现快速获取并精确分析单细胞内容物。

本发明的目的还在于提供一种包括所述单细胞分析用微流控芯片的单细胞分析系统和方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

在第一方面，本发明提供一种单细胞分析用微流控芯片，包括由上到下依次封接的透明顶盖、微流体通道、带有微孔阵列的基板和带有腔体的底板；所述透明顶盖具有连通外界与微流体通道的流入孔和流出孔；所述基板的微孔阵列位于所述微流体通道下方并与所述微流体通道连通，所述微孔内设有电极，所述电极包括阴极和阳极，所述微孔仅能容纳单个细胞，所述微孔底部具有与所述底板的腔体相连通且横截面小于所述单个细胞大小的通道。