一种单细胞蛋白检测系统及其应用技术方案

一种单细胞蛋白检测系统，包括微流控芯片模块、荧光激发及检测模块，以及压力控制模块，其中，所述微流控芯片模块包括一透明基底以及形成于所述基底上的压缩通道，所述压缩通道配置为其横截面积小于待测细胞的横截面积，以使细胞在压力作用下变形挤过所述压缩通道；所述荧光激发及检测模块，用于对进入压缩通道的细胞进行荧光检测；所述压力控制模块用于提供所述压力以使细胞变形通过压缩通道。以及应用该系统进行检测的方法。本发明专利技术所述方法可用来高通量定量检测单细胞蛋白。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，进一步涉及一种单细胞蛋白检测系统，以及应用该检测系统进行检测的方法。
技术介绍
癌症是由细胞增殖、凋亡机制失常而引起的疾病，严重威胁人类生命健康，仅2012年全球新增约1400万癌症患者，约有820万人死于癌症。肿瘤异质性是癌症治疗无法攻克的原因之一，即使是同一个体的肿瘤细胞之间也存在差异，故而单细胞分析在肿瘤异质性的研究中起着重要作用。蛋白质是构成生物体的重要物质，具有催化功能、结构功能，运输功能，贮存功能，运动功能，防御功能，调节功能，信息传递功能，遗传调控功能等，是生命活动的主要承担着。其中细胞骨架蛋白是指真核细胞中的纤维网络结构蛋白，肿瘤细胞中的骨架蛋白在结构、组装和分布上存在异常，调控肿瘤细胞的过度繁殖、侵袭和迁徙。因此研究蛋白非常重要。在细胞蛋白的研究中，传统定量检测手段为酶联免疫吸附法(ELISA)，其原理是采用抗原抗体特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量检测，此技术可以评估群体细胞的蛋白情况。而流式细胞术(flowcytometry)是单细胞蛋白分析的主要手段，其原理是通过荧光标记待测蛋白实现单个细胞多参数、快速的定量分析，通过表面荧光分子浓度可控的校准微球可以得到标准曲线，对比标准曲线可以得到蛋白浓度。然而现有技术存在如下技术缺陷：(1)ELISA只能检测群体细胞的蛋白情况，不能对单细胞的蛋白进行检测；(2)流式细胞仪中使用的校准微球只能对细胞膜蛋白进行定量，而在校准微球内部进行荧光分子定量修饰方法尚不成熟，无法使用传统校准微球方法进行单个细胞内骨架蛋白表达的定量检测；(3)已有一些基于微流控技术的单细胞蛋白检测方法也存在弊端，如微型流式细胞术，微腔微孔序列等，前者缺少校准手段，无法定量检测蛋白；后者通量低，操作复杂。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单细胞蛋白检测系统及其使用方法，以解决以上所述的至少一项技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种单细胞蛋白检测系统，包括微流控芯片模块、荧光激发及检测模块，以及压力控制模块，其中，所述微流控芯片模块包括一透明基底以及形成于所述基底上的压缩通道，所述压缩通道配置为其横截面积小于待测细胞的横截面积，以使细胞在压力作用下变形挤过所述压缩通道；所述荧光激发及检测模块，用于对进入压缩通道的细胞进行荧光检测；所述压力控制模块用于提供所述压力以使细胞变形通过压缩通道。优选的，所述系统还包括中央控制模块，分别与所述压力控制模块和荧光激发及检测模块连接，用于控制所述压力控制模块和荧光激发及检测模块，并且对检测数据进行处理和分析。优选的，所述压缩通道在基底一侧上还设置有一限光窗口，该窗口宽度小于细胞变形后的长度，以限定所述荧光激发及检测模块的接收光至限光窗口所在范围内。优选的，所述荧光激发及检测模块包含激发光产生单元与荧光检测单元。优选的，所述激发光产生单元和荧光检测单元共用光路，且光路与基底平面垂直；或者所述激发光产生单元产生的激发光光路位于基底平面，与荧光检测单元的光路垂直。优选的，所述激发光产生单元包括激发光源，以激发待测细胞的荧光。优选的，所述荧光检测单元包括光电倍增管(PMT)，以感应所述细胞受激发后产生的荧光并放大。优选的，所述压力控制模块设置于所述压缩通道的入口侧，以增加进入所述压缩通道流体的压力；或者所述压力控制模块设置于所述压缩通道的出口侧，以降低流出所述压缩通道流体的压力；或者所述压力控制模块同时设置于所述压缩通道的入口侧和出口侧，以在入口侧增加进入所述压缩通道流体的压力，在出口侧降低流出所述压缩通道流体的压力。优选的，所述压缩通道的截面为梯形、圆形或者矩形。优选的，所述透明基底材料为玻璃或者石英。根据本专利技术的另一方面，提供一种利用上述任意一种单细胞蛋白检测系统进行检测的方法，包括步骤：制备经过免疫荧光试剂染色的细胞悬液；在压力控制模块作用下，细胞悬液中的细胞通过微流控芯片模块的压缩通道；在所述压缩通道内，细胞受激产生荧光，通过所述荧光激发及检测模块被逐一检测；通过检测荧光亮度，并比对标准亮度，得到单细胞蛋白含量。优选的，所述蛋白为骨架蛋白或者胞浆蛋白。(三)有益效果通过上述技术方案可得出本专利技术单细胞蛋白检测系统及其使用方法具有以下有益效果：(1)本专利技术将微流控芯片技术与荧光检测技术结合，提出一种基于压缩通道的微型流式细胞术，实现单细胞内骨架蛋白的高通量(高速)定量采集，为细胞生物特性的表征提供可靠的方法和途径；(2)本专利技术所使用的微流控芯片选取石英和聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)等材料基于微细加工方法，具有可批量化制造、一次性等特点；(3)本专利技术需要的附属设备为常规的倒置显微镜，光电倍增管(photomultipliertube，PMT)和摄像头，可以在传统的生物实验室使用，具有可移植性高等优势。附图说明图1为本专利技术实施例的技术方法总流程图；图2为本专利技术实施例单细胞蛋白检测系统设计示意图；图3为本专利技术实施例单细胞蛋白检测系统中微流控芯片制作流程图；图4为本专利技术实施例单细胞蛋白检测系统中微流控芯片制作过程图。图5为应用本实施例的单细胞蛋白检测系统进行单细胞骨架蛋白检测流程图；图6为本专利技术实施例数据处理原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。下述参照附图对本专利技术实施例的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。微流控技术是指在微观尺寸下控制和检测流体的技术，由于其特征尺寸与细胞大小相匹配，适合单细胞的操纵与表征。本专利技术实施例将微流控芯片技术与荧光检测技术结合，提出一种基于压缩通道的微型流式细胞术。将骨架蛋白被荧光特异性标记的细胞在压力作用下变形通过横截面小于细胞横截面的压缩通道，此细胞被认为可等效为一段溶液，通过检测荧光亮度，并比对标准亮度，即可得到单细胞蛋白含量。而校准曲线可以通过直接在压缩通道中通入不同浓度的荧光分子溶液得到。此方法可用来高通量定量检测单细胞蛋白。本专利技术实施例的具体实施情况如下：本技术方法总流程包括系统设计(也即单细胞蛋白检测系统的设计)、芯片制作(也即单细胞蛋白检测系统中微流控芯片的制备方法)以及单细胞骨架蛋白检测(也即单细胞蛋白检测系统的应用)，其示意图如图1：图1为本专利技术实施例的技术方法总流程图步骤1，系统设计：图2为本专利技术实施例单细胞蛋白检测系统设计示意图，整体单细胞蛋白检测系统包括微流控芯片模块、荧光激发及检测模块和压力控制模块。微流控芯片的核心是基于聚二甲基硅氧烷的双层压缩通道，所述压缩通道的横截面积小于细胞的横截面积，细胞在压力的作用下变形挤过压缩通道。芯片底部有阻光窗口，用于限定光面积。微流控芯片模块包括一透明基底以及形成于所述基底上的压缩通道，所述压缩通道配置为其横截面积小于待测细胞的横截面积，以使细胞在压力作用下变形挤过所述压缩通道。本领域技术人员应当知晓，双层通道的材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷，还可以是其它能够浇注后成型的材料；所述限光窗口的材料可以为金属，在窗口上受激光以及荧光不能通过，而在窗口内可以通过。荧光激发及检测模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单细胞蛋白检测系统，其特征在于包括微流控芯片模块、荧光激发及检测模块，以及压力控制模块，其中，所述微流控芯片模块包括一透明基底以及形成于所述基底上的压缩通道，所述压缩通道配置为其横截面积小于待测细胞的横截面积，以使细胞在压力作用下变形挤过所述压缩通道；所述荧光激发及检测模块，用于对进入压缩通道的细胞进行荧光检测；所述压力控制模块用于提供所述压力以使细胞变形通过压缩通道。

【技术特征摘要】
1.一种单细胞蛋白检测系统，其特征在于包括微流控芯片模块、荧光激发及检测模块，以及压力控制模块，其中，所述微流控芯片模块包括一透明基底以及形成于所述基底上的压缩通道，所述压缩通道配置为其横截面积小于待测细胞的横截面积，以使细胞在压力作用下变形挤过所述压缩通道；所述荧光激发及检测模块，用于对进入压缩通道的细胞进行荧光检测；所述压力控制模块用于提供所述压力以使细胞变形通过压缩通道。2.根据权利要求1所述的单细胞蛋白检测系统，其特征在于，所述系统还包括中央控制模块，分别与所述压力控制模块和荧光激发及检测模块连接，用于控制所述压力控制模块和荧光激发及检测模块，并且对检测数据进行处理和分析。3.根据权利要求1所述的单细胞蛋白检测系统，其特征在于，所述压缩通道在基底一侧上还设置有一限光窗口，该窗口宽度小于细胞变形后的长度，以限定所述荧光激发及检测模块的接收光至限光窗口所在范围内。4.根据权利要求1所述的单细胞蛋白检测系统，其特征在于，所述荧光激发及检测模块包含激发光产生单元和荧光检测单元。5.根据权利要求4所述的单细胞蛋白检测系统，其特征在于，所述激发光产生单元和荧光检测单元共用光路，且光路与基底平面垂直；或者所述激发光产生单元产生的激发光光路位于基底平面，与荧光检测单元的光路垂直。6.根据权利要求4所述的单细胞蛋白检测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，李秀锋，范蓓媛，陈德勇，王军波，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11