基于流体力学的单细胞高效捕获器件和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于流体力学的单细胞高效捕获器件和系统，其中，所述单细胞高效捕获器件包括：基底和设置在基底之上的流道及捕获结构，其中，基底和流道及捕获结构以可逆的方式贴合在一起，其中，流道及捕获结构包括多路流道，每路流道包括细胞培养液入口、主流道、细胞捕获区及细胞培养液出口。本发明专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，在流道上布置连续串联的细胞捕获区，提高了空间利用率，提高了单细胞的捕获效率，而且制备和使用成本低，可扩展性强。

【技术实现步骤摘要】
基于流体力学的单细胞高效捕获器件和系统
本专利技术涉及微流控
，尤其涉及一种基于流体力学的单细胞高效捕获器件 和系统。
技术介绍
研究细胞在受到外部刺激的情况下，如何分化、增殖、凋亡等特性具有生物医学上 的重要意义。传统上，测量细胞的特性时，通常使用1千到1百万个细胞作为一个群体来统 计出平均值。但是最近的研究发现，细胞个体的响应其实与群体的响应大相径庭，或者说细 胞群体的平均值掩盖了个体细胞的真实的差异化响应。因此，在生物医学领域，如基因分 析、药物研发、组织形成、癌症机理、疾病治疗等方面需要利用细胞测量它们的响应时，单细 胞分析有了迫切的需求。 在做单细胞分析时，样本准备是必不可少的一步；没有这一步，后面的分析无法进 行。而样本准备中，最重要的就是从细胞培养液中把单个细胞一一捕获即固定在指定的位 置，以下为方便叙述，称这种技术为单细胞捕获。因为细胞必须存在于细胞培养液中，因此 单细胞捕获的主流方法是采用流体力学的原理，设计具有特殊结构的微流控芯片来实现捕 获。实现单细胞捕获时，根据细胞是否与周围的支撑面接触，可以分为接触和非接触式两 种。其中，非接触式方法一般采用滞点流或者微漩涡来把单个的颗粒或者细胞吸入中心。 相关技术中的采用滞点流的方式尚不能捕获通常尺寸在IOym级别及以上的细胞，而采用 微漩涡方式则不能使漩涡中心的细胞静止下来，这会影响细胞的贴壁性能，因此不适合作 为后续分析之用。因此，大多数细胞捕获器件都采用接触式方法。 而相关技术中的接触式方法在实现单细胞捕获时，具有以下缺点：1)不能准确控 制细胞的捕获位置；2)所需要的细胞培养液中细胞的样本要足够大，造成细胞样本的极大 浪费；3)流道的几何形状设计的非常复杂，增加了对流道的制备要求和成本；4)流道设计 的很长，导致微流控芯片上每一个有效捕获单位所占空间大，造成极大浪费。 因此，细胞捕获器件有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的 一个目的在于提出一种基于流体力学的单细胞高效捕获器件，该捕获器件在流道上布置连 续串联的细胞捕获区，提1? 了空间利用率，提1? 了单细胞的捕获效率，而且制备和使用成本 低，可扩展性强。 本专利技术的第二个目的在于提出一种基于流体力学的单细胞高效捕获系统。 为了实现上述目的，本专利技术第一方面实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器 件，包括：基底和设置在所述基底之上的流道及捕获结构，其中，所述基底和所述流道及捕 获结构以可逆的方式贴合在一起，其中，所述流道及捕获结构包括多路流道，每路所述流道 包括细胞培养液入口、主流道、细胞捕获区及细胞培养液出口。 根据本专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，在流道上布置连续串 联的细胞捕获区，提高了空间利用率，提高了单细胞的捕获效率，而且制备和使用成本低， 可扩展性强。 为了实现上述目的，本专利技术第二方面实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获系 统，包括：本专利技术第一方面实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件；容器，用于储存 细胞培养液；以及注射泵，用于将所述细胞培养液泵入所述基于流体力学的单细胞高效捕 获器件中的细胞培养液入口。 根据本专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获系统，在流道上布置连续串 联的细胞捕获区，提高了空间利用率，提高了单细胞的捕获效率，而且制备和使用成本低， 可扩展性强。 【附图说明】 图1是根据本专利技术一个实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件的示意图； 图2A是根据本专利技术一个实施例的细胞在流道中流动的示意图； 图2B是根据本专利技术一个实施例的一路流道及其中的主流道和捕获区的示意图； 图3是根据本专利技术一个实施例的流道中对应于结构的缺省值时每个细胞捕获区 的体积流率比； 图4A是根据本专利技术一个实施例的L1，L2，L3和Wl对体积流率比的影响示意图（以 第一个细胞捕获区为例）； 图4B是根据本专利技术一个实施例的L1，L2，L3和Wl对体积流率比的影响示意图（以 第六个细胞捕获区为例）； 图5是根据本专利技术一个实施例的流道中对应于结构的优化值时每个细胞捕获区 的体积流率比的不意图； 图6是通过PDMS软光刻方法加工出的基于流体力学的单细胞高效捕获器件的示 意图； 图7A是根据本专利技术一个实施例的细胞被捕获后在显微镜下观察到的明场图； 图7B是根据本专利技术一个实施例的细胞被捕获后在显微镜下观察到的明场图所对 应的荧光图； 图8是根据本专利技术一个实施例的单个细胞在流道中移动的动态示意图； 图9是根据本专利技术一个实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获系统的结构示 意图。 【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 下面参考附图描述本专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件和系统。 图1是根据本专利技术一个实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件的示意图。 如图1所示，本专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件1〇,包括：基底100和设 置在基底100之上的流道及捕获结构200。 其中，基底100和流道及捕获结构200以可逆的方式贴合在一起，其中，流道及捕 获结构200包括多路流道210,每路流道包括细胞培养液入口、主流道、细胞捕获区及细胞 培养液出口。 在本专利技术的一个实施例中，流道及捕获结构200所包含的流道210的数量可根据 需求进行配置。 在本专利技术的一个实施例中，多路流道210的细胞培养液入口相互独立或连成一 块。 在本专利技术的一个实施例中，多路流道210的细胞培养液出口相互独立或连成一 块。 具体地，如图1所示，基于流体力学的单细胞高效捕获器件10的上部分为流道及 捕获结构200,下部分为基底100。上下两部分以可逆的方式贴合在一起，捕获完一批细胞 后可以拆开，作必要的洗脱、消毒等处理之后与新的基底重新贴合用于捕获另一批细胞。 其中，上部分的流道及捕获结构200包含多路流道210,如图2A、图2B所示，每一 路流道210分为细胞培养液入口、主流道、细胞捕获区、及细胞培养液出口。流道210的数 量可以自由选择，且这些流道210的入口可以连成一块或者相互独立存在，出口也可以连 成一片或者独立存在。原始的细胞悬浮液从入口导入，多余的细胞培养液从出口流出。 在本专利技术的一个实施例中，单细胞高效捕获器件10横着放置时，如图2A、图2B所 示，每路流道210包括梯子状的区域或者由T字型和倒T字型组成的结构重复而成的区域， 其中，每一个T字型的右上角或倒T字型的右下角处的流道由宽变窄，由宽变窄的区域为细 胞捕获区。另外，T字型或倒T字型中的平置宽流道及坚直的宽流道称为主流道，允许细胞 随细胞培养液无损伤通过。 需要说明的是，本专利技术实施例的基于流体力学的单细胞高效捕获器件10,可以有 很多并行的且结构完全一样或者不一样的流道。结构相同的流道，可以用于捕获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，包括：基底和设置在所述基底之上的流道及捕获结构，其中，所述基底和所述流道及捕获结构以可逆的方式贴合在一起，其中，所述流道及捕获结构包括多路流道，每路所述流道包括细胞培养液入口、主流道、细胞捕获区及细胞培养液出口。

【技术特征摘要】
1. 一种基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，包括： 基底和设置在所述基底之上的流道及捕获结构，其中，所述基底和所述流道及捕获结 构以可逆的方式贴合在一起，其中， 所述流道及捕获结构包括多路流道，每路所述流道包括细胞培养液入口、主流道、细胞 捕获区及细胞培养液出口。2. 如权利要求1所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，所述流道 及捕获结构所包含的流道数量可根据需求进行配置。3. 如权利要求1所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，所述多路 流道的细胞培养液入口相互独立或连成一块。4. 如权利要求1所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，所述多路 流道的细胞培养液出口相互独立或连成一块。5. 如权利要求1所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，所述每路 流道包括梯子状的区域或者由T字型和倒T字型组成的结构重复而成的区域，其中，每一个 所述T字型的右上角或所述倒T字型的右下角处的流道由宽变窄，所述由宽变窄的区域为 所述细胞捕获区。6. 如权利要求5所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，所述细胞 培养液流体从所述细胞捕获区的一端到另一端有第一路径和第二路径，其中，所述第一路 径的流体压降和所述第二路径的流体压降相等。7. 如权利要求6所述的基于流体力学的单细胞高效捕获器件，其特征在于，每个所述 细...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文会，金帝，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11