[发明专利]一种高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片及其应用

说明书

本发明涉及一种高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片及其应用。所述芯片，包括由上到下的捕获层、控制层、载片三部分。所述的捕获层由两个并行的流道和连接通道组成，控制层为一个隔离泵层。流道内设有多个单颗粒/单细胞捕获单元，用于单颗粒/单细胞的捕获；连接通道连通两个配对的捕获单元；隔离通道位于连接通道下方，与连接通道垂直并由隔膜隔离开。本芯片可高通量捕获单颗粒/单细胞，且捕获效率高，可实现单颗粒/单颗粒、单细胞/单细胞、单颗粒/单细胞之间的配对，且配对效率高，可实现配对单元的平行操控，如对单细胞的隔离、培养、裂解、核酸扩增等，可广泛用于单细胞分析领域，还适用于数量稀少的细胞样本。

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片，具体涉及高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片。

背景技术

细胞是生命体的组成以及生命活动的最基本单位。传统方法对大量细胞平均信号的分析处理使得信号的平均化模糊了人们对大脑、血液系统、免疫系统，及其组成这些系统的细胞之间异质性(heterogeneity)的认识。随着高通量测序技术的发展，单细胞测序技术已经成为单细胞分析最重要的手段之一，它极大的提高了单细胞分析的效率和准确性。对单细胞基因水平的分析可以揭示细胞(特别是癌细胞)基因组中发生的突变以及结构变异，了解细胞之间对于药物的响应的差异性，找到与这些病变细胞相关的特异性分子，给现代的个性化治疗提供一个重要的手段，可以更好的指导医学工作者对疾病的诊断和治疗，实现真正的疾病个性化治疗。

对单细胞分析来说，其面临的挑战主要有两点，首先是对单细胞分离技术的要求，如何快速高效地分离单细胞；其次是由于单细胞中所含有的分析靶标量太少，因此我们在分析之前需要对其进行信号放大，在这一个过程中，常常会遇到样品丢失或放大偏差性的问题，导致出现大量实验不平行的现象，而且在细胞数目较多时，需要大量的重复操作，极其耗时，导致实验通量无法提升。

微流控芯片把生物和化学等相关领域中的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上,由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用来代替常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。在微流控芯片中，试剂消耗量从mL和μL级可减少到nL和fL级，可以大大减少昂贵的生化试剂而降低分析成本，且反应时间也从几小时缩短到几秒甚至更短。因此，微流控芯片特别适合于单细胞分析研究。

但是现有的微流控芯片无法实现对少量稀有细胞的单细胞俘获，而且无法同时对大量单细胞进行高通量分析。比如Cell文章(Macosko et al.，2015,Cell：161，1202-1214)报道的drop-seq的方法，单细胞的俘获是基于泊松分布原理，大部分的液滴没有细胞，只有～1％的液滴含有单个细胞，再结合微球的泊松分布，有效分析目标进一步减少，只能实现对大量实际样品中少量细胞的分析，这样可能会忽略掉样品中一些重要的细胞个体。另外drop-seq的方法只适合分析对象数目较多的样品，对于一些稀有细胞(比如循环肿瘤细胞)，由于其样品中细胞数量太少(10-100/mL血液)，无法用该方法来实现单细胞分析。

为了解决以上问题，我们提出了设计了一种用于高通量捕获单颗粒并可对两个单颗粒配对的微流控芯片。该芯片可以高效的捕获单颗粒，单颗粒的捕获效率高，两个单颗粒的配对效率高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高通量配对捕获单细胞/单颗粒的微流控芯片，可以高效率高通量的捕获单颗粒/细胞。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：