[发明专利]一种基于数字微流控技术的全自动单细胞捕获芯片及其应用

权利要求书

1.一种基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：包括数字微流控芯片、位于所述数字微流控芯片上方的成像系统以及分别连接所述数字微流控芯片和所述成像系统的控制电路三部分；

所述的数字微流控芯片包括上、下极板两部分，下极板包括基底、电极层、介质层和局部亲水化的疏水层，上极板为疏水化的地电极，上下极板平行相对，被间隙层相隔；电极层包括电极接入口、贮液池电极单元、液滴生成通道电极阵列、单颗粒/单细胞捕获电极阵列和反应电极区，液滴生成通道电极阵列分别与贮液池电极单元一一相连；

局部亲水化的疏水层是具有局部亲水化位点的疏水层，其经对准可在指定电极中央形成亲水化捕获位点，通过亲水结构的粘附作用捕获单细胞；

所述成像系统位于数字微流控芯片正上方，用于获取所述成像区域内亲水化捕获位点处的图像信息；在液滴到达亲水化捕获位检测点后，经明场、荧光场连续两次图像识别后，输出图像信息进入控制电路与所设定的图像阈值进行比较，根据比较结果控制电路输出对应的控制指令，控制指令控制电极驱动电路输出相应变化规律的电压程序，从而实现对单细胞捕获成功与否的判断；

所述控制电路分别连接所述数字微流控芯片和所述成像系统，用于分别输出数字微流控芯片控制程序和成像系统操作程序。

2.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：电极层包括96个电极接入口、八个贮液池电极单元、八个液滴生成通道电极阵列、10个单颗粒/单细胞捕获电极阵列和反应电极区。

3.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：液滴生成通道电极阵列分别与贮液池电极单元一一相连，并以单颗粒/单细胞捕获电极阵列和反应电极区为中心对称分列于其两侧。

4.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：局部亲水化的疏水层由局部剥离技术形成。

5.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：所述的亲水化捕获位点直径为50-500微米。

6.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：对于不同的单颗粒/单细胞捕获体系，所述贮液池电极单元能够实现液滴体积从1nL至10μL的变化。

7.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获装置，其特征在于：所述上极板采用透明状导电膜。

8.一种基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获方法，采用权利要求1至7任一项所述的装置，包括如下步骤：

步骤A:将带有和不带有荧光细胞的液体置于数字微流控芯片的贮液池内，加入适量的填充油将各液滴包裹住，使用集成电路对电极进行预通电，转入步骤B；

步骤B：使用集成电路的控制电路控制电极驱动电路，按一定次序进行电极的通断电控制，从而从贮液池电极单元产生一个合适体积的含细胞液滴，通过与其连接的通道电极阵列将液滴移动至单颗粒/单细胞捕获电极处，重复这一过程使各捕获电极均负载含颗粒/细胞液滴，转入步骤C；

步骤C：集成电路的控制电路控制电极驱动，使液滴从单细胞捕获电极阵列区通过，当细胞进入拥有亲水结构的捕获电极时，对单颗粒/单细胞捕获电极阵列区电极断电，液滴静置后，使颗粒/细胞在重力作用下沉降于芯片表面，然后在电极驱动下使液滴移动到下一个电极，然后转入步骤D；

步骤D：依次使用明场、荧光场进行拍摄并输出图像信息，转入步骤E；

步骤E：经连续两次图像识别后，输出图像信息进入控制电路与所设定的图像阈值进行比较，根据比较结果控制电路会输出对应的控制指令，控制指令控制电极驱动电路输出相应变化规律的电压程序，从而实现对单细胞捕获成功与否的判断，若不为单颗粒/细胞或不是目标细胞则控制指令继续重复步骤C，若为目标单细胞，则选择性捕获单细胞完成。

9.根据权利要求8所述的基于数字微流控技术的全自动选择性单细胞捕获方法，其特征在于：步骤A中，在带有和不带有荧光细胞的液体中加入表面活性剂用以防止生物黏附，促进单颗粒/单细胞分析体系中液滴的移动。