本发明专利技术构建了设计了一种新的流动状态下采用介电单细胞捕获/释放连续采集细胞/颗粒拉曼光谱的石英微流控芯片及方法。它是利用细胞/颗粒介电捕获的原理，在微流控芯片微通道上集成电极对，并周期性地施加高频电压信号，捕获/释放单细胞/颗粒，在捕获期间采集其拉曼光谱信号。介电单细胞捕获操作方便，响应迅速，对细胞无损害，适用于从纳米到微米尺度的细胞和颗粒在流动状态下的拉曼光谱的采集，尤其是拉曼细胞/颗粒流式分选。
【技术实现步骤摘要】
一种捕获采集细胞/颗粒拉曼光谱的微流控芯片及方法
本专利技术属于生物技术和仪器科学领域，具体的说是利用了细胞/颗粒在不均匀电场中能被捕获的原理提出一种微流控芯片和方法，能够在流动体系下测定细胞或颗粒的拉曼光谱信号。
技术介绍
细胞是生物体结构和功能的基本单位，自被发现以来新的研究方法不断涌现。但是传统的基于细胞群体水平性状测量的信息并不能真实反映细胞内部的生物过程及机制。对单细胞个体差异性机制的研究，可以揭示癌症发病机制，理解细胞分化与组织发育原理，识别基因表达特性与细胞特征。现有单细胞研究技术主要基于宏基因组焦磷酸测序和荧光活化细胞分选。前者是研究基因表达和不可培养微生物的主要手段，但显著依赖DNA测序分析，不仅不能直接揭示基因表达机制，而且不能分离具有特定功能基因的微生物。后者是分离细胞的有效手段，然而由于绝大多数活体细胞本身荧光效应较弱或没有荧光，外加荧光标记不适用于活体细胞筛选。因此，只有通过在活体单细胞水平实现性状识别和分选，才可以真正了解和改进细胞功能。单细胞拉曼光谱能提供细胞内核酸、蛋白质、脂质含量等大量信息，可在非标记的条件下实时动态地监测细胞分子结构变化，亦可获得细胞的“分子指纹”，具有敏感性高、实时检测、活样品不需固定或染色、不损伤细胞等众多特点。但是受拉曼光谱灵敏度相对较低的影响，单细胞拉曼光谱的采集时间通常在秒到分钟的数量级。研究人员采用激光拉曼表面增强的技术在提高拉曼光谱的灵敏度，但由于细胞相对复杂，截至目前仍未发现能稳定应用到细胞拉曼检测的SERS技术，而要实现细胞在流动状态下实现拉曼光谱的采集和分选。一种在流动体系下能捕获/释放单细胞并采集拉曼光谱的技术是实现基于细胞/颗粒拉曼光谱流动分选的前提和关键技术。目前最常采用的技术是拉曼光镊捕获单细胞，但该方法往往需要复杂的光路系统，不易于实现；而且长时间光照会影响细胞生理状态，尤其对光合作用敏感的细胞将导致完全不同的测量结果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种在流动状态下连续采集细胞/颗粒拉曼光谱的微流控芯片及方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种捕获采集细胞/颗粒拉曼光谱的微流控芯片，包括上下两层，通过对准封接形成用于流体通过的微通道；所述上层为表面具有微通道的盖片，所述下层为带有电极的基片；所述电极为一电极对，通过导线与高频信号发生器连接；所述微通道，通过接口与外界的样品和缓冲液容器相连。所述微通道为20-150微米宽，10-50微米深的微通道网络。所述微通道接口包括夹流缓冲液入口、细胞悬液入口、废液出口。所述电极对之间距离为15-30微米。所述盖片和基片的材质为石英。一种捕获采集细胞/颗粒拉曼光谱的方法，包括以下步骤：液体注入：微流注射泵驱动细胞悬液和夹流缓冲液分别经细胞悬液入口和夹流缓冲液入口在微通道中流动，调节细胞和缓冲液的流速，实现稳定的单细胞夹流；细胞/颗粒介电捕获/释放：在电极对上施加高频电压信号，使细胞/颗粒捕获到电极区域；拉曼光谱采集：用拉曼激光对准捕获了细胞/颗粒的电极区域，采集细胞/颗粒的拉曼光谱，细胞/颗粒捕获时间和拉曼采集时间由施加电压的时间控制所述高频电压信号为5-12伏特，频率为0.5兆到10兆赫兹的电压信号。本专利技术具有以下优点及有益效果：1.利用细胞/颗粒介电捕获的原理，在微流控芯片微通道上集成电极对，并周期性地施加高频电压信号，捕获/释放单细胞/颗粒，在捕获期间采集其拉曼光谱信号。2.介电单细胞捕获操作方便，响应迅速，对细胞无损害，适用于从纳米到微米尺度的细胞和颗粒在流动状态下的拉曼光谱的采集，尤其是拉曼细胞/颗粒流式分选。附图说明图1为动状态下连续采集细胞/颗粒拉曼光谱的微流控芯片示意图；其中，1、夹流缓冲液入口；2、细胞悬液入口；3、废液出口；4、5电极对，与高频交流信号发生器输出相连；图2为单细胞介电捕获/释放示意图；图3为酵母单细胞介电捕获采集拉曼光谱图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的具体
技术实现思路
如下：1，为了降低芯片的拉曼背景对细胞/颗粒测量的影响，本专利技术所涉及的芯片材料为石英材质；2，该芯片是由上下两层组成，上层为加工有20-150微米宽，10-50微米深的微通道网络的石英盖片，下层为加工有电极结构，其电极材料为金属或者其他导电材料的石英基片；3，上下两层石英基片精确对准封接成一块微流控芯片，电极结构暴露在微通道中；芯片通过接口与外界的样品和缓冲液容器相连；4，芯片上的电极对通过导线与信号发生器相连。5，根据权利要求1所述的流动状态下连续采集细胞/颗粒拉曼光谱方法，其特征在于：当细胞或颗粒流经芯片上的电极结构时，手动或自动操作信号发生器产生5-24伏特，频率为0.5兆到10兆赫兹的电压信号，细胞被精确捕获在电极区域，拉曼激光光斑与捕获电极精确对准，开始采集细胞/颗粒的拉曼光谱，细胞捕获时间和拉曼采集时间由施加电压的时间控制。细胞在捕获期间可以采集足够的拉曼信号用于细胞判别，并为分选提供依据。下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1：流动状态下连续采集细胞/颗粒拉曼光谱的石英微流控芯片本实例所构建的石英微流控芯片用于流动状态下连续采集细胞/颗粒拉曼光谱，其芯片结构见图1。芯片由上下两层石英基体组成，盖片上包括20-150微米宽，10-50微米深的微通道网络采用湿法刻蚀而得，下层石英基片上微电极结构采用光刻和电极刻蚀液蚀刻而得。上下石英基片经清洗，在显微镜下精确对准，然后真空加热加压键合。芯片电极通过导线与信号发生器相连。实施例2：流动状态下酵母细胞拉曼光谱采集本实例采用实例1所述的芯片和相关方法实现流动状态下酵母细胞单细胞捕获拉曼光谱的采集。酵母细胞经PBS缓冲液稀释为106-107个/毫升，经静压力或微量注射泵推动以0.1-100毫米/秒速度流动，启动信号发生器周期性产生5-12伏特，频率为0.5兆到10兆赫兹的高频电压信号，当酵母细胞流经电极对时，在介电作用下瞬间捕获细胞，启动拉曼光谱采集程序开始采集酵母细胞拉曼光谱信号1秒，采集时间可以依据信号要求来做调整。完成细胞拉曼光谱采集后，停止电压施加，细胞释放。再进入下一个细胞捕获拉曼光谱采集周期。酵母细胞捕获和采集拉曼光谱图如图2和图3所示。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种捕获采集细胞/颗粒拉曼光谱的微流控芯片，其特征在于，包括上下两层，通过对准封接形成用于流体通过的微通道；所述上层为表面具有微通道的盖片，所述下层为带有电极的基片； 所述电极为一电极对（4、5），通过导线与高频信号发生器连接； 所述微通道，通过接口与外界的样品和缓冲液容器相连。
【技术特征摘要】
1.一种捕获采集细胞拉曼光谱的微流控芯片，其特征在于，包括上下两层，通过对准封接形成用于流体通过的微通道；所述上层为表面具有微通道的盖片，所述下层为带有电极的基片；所述电极为一电极对(4、5)，通过导线与高频信号发生器连接；所述电极对之间距离为15-30微米；所述微通道，通过接口与外界的样品和缓冲液容器相连；所述微通道接口包括夹流缓冲液入口(1)、细胞悬液入口(2)、废液出口(3)。2.根据权利要求1所述的一种捕获采集细胞拉曼光谱的微流控芯片，其特征在于，所述微通道为20-150微米宽，10-50微米深的微通道网络。3.根据权利要求1所述的一种捕...
【专利技术属性】
技术研发人员：马波，张沛然，徐健，张旭，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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