[发明专利]一种应用于单细胞组学分析的细胞-微珠配对捕获方法

说明书

本发明提供一种应用于单细胞组学分析的细胞‑微珠配对捕获方法，包括以下步骤：S1：提供一种微流控捕获装置，包括可分离的颗粒捕获层与衬底层，颗粒捕获层中设置有若干捕获微结构，用于细胞‑微珠的一对一配对捕获；S2：从入口处通入细胞或微珠悬浊液，逐步完成单个细胞、单个微珠的一对一配对捕获；S3：继续从入口处灌注可受控固化溶液，根据溶液特性实现可受控固化溶液的固化，使每一个细胞‑微珠捕获单元形成相互隔绝的独立腔室；S4：将衬底层与颗粒捕获层分开，形成敞口的细胞‑微珠捕获单元阵列，进行下一步的单细胞组学分析。根据本发明，为单细胞组学分析提供了一种高通量、高捕获效率、低成本、低污染的细胞‑微珠配对捕获方法。

技术领域

本发明涉及单细胞组学分析领域，更具体地涉及一种应用于单细胞组学分析的细胞-微珠配对捕获方法。

背景技术

细胞是生物体基本的结构和功能单位，多细胞生物体由各种形态功能不同的细胞组成。细胞的异质性是一种普遍存在的生物学现象，即使看起来相同的细胞，也可能存在显著的异质性。因此，在单细胞层面上研究细胞的异质性是十分必要的，需要建立有效分析单个细胞的化学信息，抑或是测定单细胞对外界刺激的反应的研究平台，使人们更充分地了解细胞群体中某些特殊的细胞功能，更能鉴别大量细胞群体中少量的不正常细胞，为重大疾病的早期诊断和治疗、药物筛选和细胞间相互作用等研究提供可靠的科学依据。实现单细胞分析的一个重要过程是进行细胞-微珠的配对捕获，将其置于独立的环境，以防止细胞间交叉污染。细胞-微珠配对捕获涉及到微流控技术，微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的技术，可将反应缩小到微米尺度，因而也可以对微米尺度的细胞进行精确的操控。基于微流控技术的单细胞分析系统通常具有微量、高效、高通量、微型化、集成化、便携化的特点。

当前微流控芯片技术发展到了一个相对成熟的阶段，基于液滴的微流控技术和基于流体力学的微流控技术在单细胞分析领域中广泛应用，基于微流控芯片技术的商业化产品也见诸市场。利用液滴微流控法捕获单细胞是在封闭的微通道网络中生成纳升至皮升级液滴并将单个细胞包裹在液滴中，每个液滴皆可作为独立的单细胞微反应器，最终可满足多种单细胞的研究需求。基于液滴微流控的单细胞捕获芯片，加工成本低，消耗试剂和样品量少，捕获速度快，但是这种方法配对效率低，即常存在单个液滴中无细胞包裹或多个细胞包裹的情况，并且包裹单细胞后的微液滴位置难以固定，不太适合特定单细胞的实时观察。如市面上的Drop-seq和Paired-seq，二者均是基于液滴进行细胞-微珠配对捕获，采取先进行细胞-微珠配对后形成液滴的策略。Drop-seq结构简单，易于操作，但细胞-微珠配对效率低；Paired-seq在基于液滴策略的基础上，通过应用差流阻力原理和微阀微泵结构，提高了细胞-微珠的配对效率，但复杂的器件结构大大提高了成本和操作复杂度，加工设计难，且当前只能实现2000个通量。

基于流体力学的微流控技术在单细胞分析中的应用，通常需要合理地设计芯片中微通道及与细胞尺寸相当的捕获微结构，即可实现高通量的细胞-微珠捕获。传统的流体力学捕获法操作过程简单，无需使用特殊的缓冲液，并且固定的捕获位点适合于单细胞的实时观察和追踪分析，但是这种方法的芯片可能会存在交叉污染的问题，如seq-well，细胞往往暴露在同一溶质下，细胞存在与临近细胞交流的可能，并非完全意义上的单细胞组学分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于单细胞组学分析的细胞-微珠配对捕获方法，从而解决现有单细胞组学分析平台中捕获结构存在交叉污染、样本消耗量大、结构复杂、通量低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：