[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

说明书

本发明公开了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及其应用，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。该单细胞捕获装置能够实现全自动的单细胞选择性捕获，捕获成功率为100％，且获取的单个细胞经过形态学和分子生物学的分类鉴定，具有高特异性和高灵敏度，适用于完成血液中循环肿瘤细胞的单细胞分离及后续应用。

技术领域

本发明属于数字微流控技术领域，具体为一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片及其应用。

背景技术

细胞是生物结构组成和功能行使的基本单元，细胞分析可以为新陈代谢和信号传导等生理过程提供重要的理论依据。传统的细胞分析大多是基于群体细胞进行的，其分析的是大量细胞平均下的结果，是群体状态的一个平均性数据。目前，越来越多的研究表明，细胞个体之间存在异质性，看似相同的一群细胞，其内部有可能存在本质的差别，其在基因组序列、酶活性、蛋白表达等方面都存在着差异。这些差异反映在细胞水平上就表现为细胞功能的异质性，在基础和临床医学研究中，这种异质性是无法忽视的。并且在癌症发生过程中，由于基因突变等事件具有一定的偶然性，癌症组织也具有非常大的异质性，这种异质性也常常会成为临床上癌症治疗的主要障碍之一。例如：表皮生长因子受体(EGFR)的突变辅助诊断，在酪氨酸激酶抑制剂靶向癌症的治疗中，被认为具有至关重要的作用。有效识别少量的EGFR-突变细胞是当前临床治疗的迫切需求。但是，这些突变细胞信号往往被大部分正常细胞的噪声信号所掩盖，妨碍了突变细胞的有效识别。因此，近年来科学家们逐渐对单细胞产生了极大的研究兴趣，希望可以通过对这些参与生物体内反应的基本单元的深入地研究，从而更好地理解生物的本质。

尽管单细胞分析技术在很多应用领域中是至关重要的，然而单细胞体积小、所测组分含量低、偏差放大的特点使得单细胞的分离和分析面临着巨大的挑战。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。

微流控芯片利用结构各异的微通道和形式多样的外加力场，对微量流体或样品在微观尺度上进行操纵、处理与控制，从而实现了传统实验室的部分乃至全部功能在一块微芯片上的集成。相比于传统方法，其具有成本低、分析速度快、试剂消耗少等优势，代表着未来生物、化学分析走向微型化的发展方向。因此，微流控芯片作为单细胞分离和分析的最主要研究手段之一，被广泛应用于神经科学、干细胞生物学、发育生物学、癌症诊断和个性化药物筛选等领域中。然而，常规微流控芯片的局限性也是非常明显的，其需要机械泵、阀配合使用，集成化难度大，难以实现样品的连续多步处理；对多试剂位置和反应时间的精确控制捉襟见肘；并且无法实现对少量稀有细胞的单细胞俘获，在大量单细胞进行高效率高通量分析领域更是无能为力。

为了解决以上问题，我们提出了一种基于数字微流控技术的全自动单细胞捕获芯片。该芯片可以全自动地捕获单细胞，而且单细胞的捕获效率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字微流控技术的全自动单单细胞捕获芯片，可以全自动高效率地捕获单单细胞。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，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，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；

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；