[发明专利]单细胞高效捕获、高内涵成像和全转录组分析装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于单细胞捕获、分析技术领域，具体涉及单细胞高效捕获、高内涵成像和全转录组分析装置和方法。

背景技术

高通量监测单细胞响应，对于药物测试，毒理学和基本细胞生物学等各种应用是非常重要的。最近的研究强调了跨越癌细胞群体的基因组，转录组和蛋白质组中的显著异质性，表征这种异质性对于理解肿瘤进展至关重要。单细胞分析对重大疾病早期诊断、治疗、药物筛选和细胞生理、病理过程的研究有重要意义，目前已成为研究的热点之一。

1980 年代初发展起来的毛细管电泳(CE) 分离方法因其进样体积小、分离效率高、分离速度快等优点，适于对多种组分的测定和定量，已用于单细胞多组分的检测，取得了一些成果。但受毛细管一维结构的限制，单细胞进样和溶膜操作复杂。以传统的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，但同样具有仪器体积大、内部结构复杂、易损坏等缺点。

微流控芯片是推动单细胞分析的又一重要工具。近年来基于微流控技术的单细胞分析，由于其灵敏度和高通量的优势，为研究生物系统的异质性提供了一个非常强大的工具。目前已有文献报道利用微井阵列的方法进行细胞成像的分析（Huang,L.; Chen, Y.; Chen, Y.; Wu,H. Anal. Chem. 2015, 87, 12169−12176）。不过该方法虽然能够分析单细胞的荧光成像信号，却难以将单细胞回收之后进行后续的分子生物学分析，特别是转录组的分析。另外，也有研究论文和专利 (Tang, Y.; Wang,Z.; Li, Z.; Kim, J.; Deng, Y.; Li, Y.; Heath, J. R.; Wei, W.; Lu, S.; Shi, Q. Proc Natl Acad Sci USA. 114: 2544–2549;专利号:CN105954246 A)报道了基于微井阵列可寻址地捕获稀有的体液中的肿瘤细胞。不过，该方法适用范围是体液中的稀有肿瘤细胞，另外，每个单独的微井中不止含有一个细胞，这为单细胞的图像分析带来了困难，也没有展示出RNA测序分析的可能性。

因此，目前报道的利用微流控技术进行单细胞分析的方法不能实现将单细胞的高通量成像表征和全转录组分析结合起来，因而在研究细胞表型与基因型的相关性方面存在缺陷。迫切需要一种能从全转录组水平上探索单细胞间异质性的装置和方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种单细胞高效捕获、高内涵成像和全转录组分析装置和方法。本发明所述单细胞高通量捕获装置能够快速高效地捕获细胞，本发明还提供一种单细胞高内涵成像的方法，该方法利用单细胞高通量捕获装置，高通量获取单细胞的图像信息，本发明还提供一种定位挑取单细胞的方法，该方法利用单细胞高通量捕获装置，定位挑取单细胞能够用于单细胞的全转录组分析。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种单细胞高通量捕获的装置，所述装置用于捕获单细胞，所述装置包括聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片和细胞培养板或细胞培养皿基底；所述微井阵列芯片贴合于所述细胞培养板基底或所述细胞培养皿基底上，对所述细胞培养板基底或所述细胞培养皿基底的表面不做处理。

进一步地，所述微井阵列芯片上分布有微井，所述微井的直径为23 µm±5µm，深度为25±10 µm，任意两个相邻微井的圆心距为46 µm±10 µm。

进一步地，所述微井阵列芯片的制作方法为：利用光刻蚀技术制作出包含微柱阵列的模具，然后将聚二甲基硅氧烷直接浇灌在所述模具上，固化后分离模具，得到所述聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片。

进一步地，所述细胞培养板基底或所述细胞培养皿基底为玻璃、硅片、金属或高分子材料。

一种单细胞高通量捕获的方法，包括以下步骤：

步骤一、使用胶带粘除聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片底面的灰尘，将其切割成合适的形状和大小后，紧贴放置于细胞培养板基底或细胞培养皿基底上，获得单细胞高通量捕获装置；

步骤二、将所述聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片进行浸润处理以提高其表面亲水性；

步骤三、制备细胞的悬浮溶液并注入所述聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片的上部，静置或离心，将单细胞捕获入微井中；

步骤四、用PBS溶液洗去所述聚二甲基硅氧烷微井阵列芯片表面多余的细胞。