一种单细胞分选芯片及其制造方法以及单细胞分选方法技术

本发明专利技术提供了一种单细胞分选芯片，包括自上而下依次贴合的一上层芯片和一玻璃片；上层芯片的下表面为其结构面，其上刻蚀有一主通道，主通道包含多个U型部，每个U型部的两个直段之间均刻蚀有一捕获通道，每个捕获通道的中央均通过一释放通道与刻蚀于该结构面上的释放微阀相连，捕获通道的尺寸设置为使捕获通道的流阻小于主通道的流阻。本发明专利技术还提供了其制造方法以及一种单细胞分选方法。本发明专利技术的单细胞分选芯片基于捕获通道的流阻差异分布和尺寸束缚以及释放微阀的设置，分别实现了单个细胞的捕获以及通过按压释放微阀实现对目的细胞进行有选择地释放，提高了细胞分选的捕获率和选择性；其功能单元可以设计多种尺寸来满足不同细胞分选的需求。

A Single Cell Separation Chip and Its Manufacturing Method and Single Cell Separation Method

The invention provides a single cell sorting chip, which comprises a top-down sequentially bonded upper chip and a glass sheet; the lower surface of the upper chip is its structural surface, on which a main channel is etched, and the main channel comprises a plurality of U-shaped portions. There is a capture channel etched between two straight portions of each U-shaped portion, and the center of each capture channel is etched through a release channel. The release micro-valves on the structural plane are connected, and the size of the capture channel is set to make the flow resistance of the capture channel smaller than that of the main channel. The invention also provides a manufacturing method and a single cell separation method. The single cell sorting chip of the present invention realizes the capture of a single cell and selective release of the target cell by pressing and releasing the micro-valve based on the difference distribution of flow resistance and size constraint of the capture channel and the setting of the release micro-valve, respectively, so as to improve the capture rate and selectivity of cell sorting; the functional unit of the chip can design a variety of sizes to meet different cell sorting. Demand.

【技术实现步骤摘要】
一种单细胞分选芯片及其制造方法以及单细胞分选方法
本专利技术属于生物传感器领域，特别涉及一种单细胞分选芯片及其制造方法以及单细胞分选方法。
技术介绍
我国肺癌的发病率和死亡率均居恶性肿瘤之首，已成为世界第一肺癌大国。统计显示我国肺癌早期诊断率较低患者5年的生存率仅为10％，70～90％的癌症病人在5年内死于肿瘤的转移和复发。经过长期研究，人们发现循环肿瘤细胞(CTC)在肿瘤转移的过程中发挥着重要的作用。CTC的检测分析可以实现癌症的早期诊断，提高5年内的生存率，并可用于疗效评估和复发转移的监测，同时在预后评价和个体化治疗方面也具有重要的意义。目前已有多种方法用于CTC的富集和回收。其中，一种方法基于免疫捕获，该方法需要联合多种肿瘤标记物来提高捕获率，减少异质性CTC的损失；另一种方法基于物理分离，该方法无需额外的标记，操作简单，但特异性较差，无法筛除与CTC有相同物理特性的白细胞，具有较高的假阳性。大多数的富集回收方法均是基于整体分析，不具有选择性，导致得到的CTC纯度较差。而基于单细胞水平的富集方法则能够最大限度地提高CTC的纯度，提高后续研究的准确性，同时也为单细胞分析提供了技术基础。已有的单细胞水平的富集方法，比如显微操作法和激光切割法，存在着操作复杂和仪器昂贵的缺点。目前亟需一种易操作、低成本且选择性高的单细胞富集方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单细胞分选芯片，以高捕获率、高选择性地实现单细胞分选。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种单细胞分选芯片，包括自上而下依次贴合的一上层芯片和一玻璃片；所述上层芯片的下表面为上层芯片的结构面，其上刻蚀有一主通道，主通道包含多个相互连通的U型部，每个U型部的两个直段之间均刻蚀有一捕获通道，每个捕获通道均通过一释放通道与一刻蚀于该上层芯片的结构面上的释放微阀相连，所述捕获通道的尺寸设置为使捕获通道的流阻小于所述主通道的流阻。该捕获通道的与主通道的相交处的尺寸设计为仅能容纳单个细胞。所述上层芯片上还设有贯通的第一进样口、第二进样口、第一出样口和第二出样口，且所述上层芯片的结构面上还刻蚀有连接所述两个进样口的进样通道，以及连接两个出样口的两个出样通道，且所述进样通道和出样通道分别与主通道的两端相连。所述上层芯片和玻璃片之间设有一下层芯片，该下层芯片的下表面为下层芯片的结构面，其上刻蚀有4个挤压通道，其分别对应于进样通道或出样通道的下方并与之垂直。所述每个挤压通道的一端设有贯通该上层芯片和下层芯片且与该挤压通道连通的流控微阀。所述上层芯片和下层芯片的材质为PDMS。另一方面本专利技术还提供一种根据权利要求5所述的单细胞分选芯片的制造方法，包括以下步骤：S1：制作上层芯片，包括：S11：根据上层芯片的结构制作出所需要的掩膜；S12：采用S11所述的掩膜，以硅片为衬底，进行光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀完成后去除残胶，得到具有微结构的上层硅片模具；S13：将制作好的上层硅片模具进行硅烷化，随后将第一材料浇注到上层硅片模具上并一起加热至固化，剥离固化的第一材料，并在进样口、出样口和释放微阀处打孔，得到上层中间模具；S14：将第二材料浇注到上层中间模具中，第二材料填充上层中间模具的打孔位置，并固化形成对应进样口、出样口和释放微阀的柱子，剥离固化的第二材料，得到上层最终模具；S15：将第一材料浇注到上层最终模具中，使第一材料的液面没过上层最终模具上的柱子，随后加热至固化，剥离固化的第一材料，并在进样口、出样口处打孔，保留释放微阀处的薄膜，得到所述上层芯片；S2：制作下层芯片，包括：S21：在硅片上采用光刻工艺，得到下层硅片模具；S22：将第一材料旋涂到下层硅片模具上并一起加热至固化，得到贴合在一起下层硅片模具和下层芯片；S3：制作单细胞分选芯片，包括：S31：将S1中制得的上层芯片的结构面和S2中制得的下层芯片键合在一起，并加热；S32：将上层芯片和下层芯片一起从硅片上剥离下来，并在下层微阀处打孔；S33：将下层芯片(2)的结构面和玻璃片键合在一起，得到单细胞分选芯片。所述第一材料为PDMS，且所述第一材料是通过配置其预聚物和固化剂混合物并在搅拌均匀后抽真空直至气泡消失而得到的。所述第二材料为环氧胶。所述步骤S31和所述步骤S33的键合均是利用等离子体处理得到的。另一方面，本专利技术还提供一种基于权利要求5所述的单细胞分选芯片的单细胞分选方法，其包括以下步骤：A1：将所述单细胞分选芯片抽真空，然后在上层芯片中通入缓冲液，使上层芯片内完全充满液体；A2：当捕获细胞时，开启第一进样口和第一出样口，关闭第二进样口和第二出样口，并在第一进样口注入经过荧光染色的细胞悬液；A3：当进行细胞回收时，开启第二进样口和第二出样口，关闭第一进样口和第一出样口，并在第二进样口注入缓冲液，同时手动对一个或多个释放微阀进行按压。所述第一进样口、第一出样口、第二进样口和第二出样口的开启和关闭分别通过利用注射器向与其对应的流控微阀内抽取和注射液体来进行。所述缓冲液为0.05％的吐温‐20。一种单细胞分选芯片，包括自上而下依次贴合的一上层芯片和一玻璃片；上层芯片的下表面为上层芯片的结构面，其上刻蚀有一主通道，主通道包含多个U型部，每个U型部的两个直段之间均刻蚀有一捕获通道，每个捕获通道的中央均通过一释放通道与一刻蚀于上层芯片的结构面上的释放微阀相连。所述捕获通道的流阻小于所述主通道的流阻，且捕获通道的与主通道的相交处的尺寸设计为仅能容纳单个细胞。所述上层芯片上还设有贯通的第一进样口、第二进样口、第一出样口和第二出样口，且所述上层芯片的结构面上还刻蚀有分别连接所述主通道的一端与两个进样口的两个进样通道，以及分别连接所述主通道的另一端与两个出样口的两个出样通道。所述上层芯片和玻璃片之间设有一下层芯片，下层芯片的下表面为下层芯片的结构面，其上刻蚀有4个挤压通道，其分别位于进样通道或出样通道的正下方并与之垂直。所述每个挤压通道的一端设有贯通该上层芯片和下层芯片且与挤压通道连通的流控微阀。所述上层芯片和下层芯片的材质为PDMS。另一方面，本专利技术还提供一种根据上文所述的单细胞分选芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制作上层芯片，包括：S11：根据上层芯片的结构制作出所需要的掩膜；S12：采用S11所述的掩膜，以硅片为衬底，进行光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀完成后去除残胶，得到具有微结构的上层硅片模具；S13：将制作好的上层硅片模具进行硅烷化，随后将第一材料浇注到上层硅片模具上并一起加热至固化，剥离固化的第一材料，并在进样口、出样口和释放微阀处打孔，得到上层中间模具；S14：将第二材料浇注到上层中间模具中，第二材料填充上层中间模具的打孔位置，并固化形成对应进样口、出样口和释放微阀的柱子，剥离固化的第二材料，得到上层最终模具；S15：将第一材料浇注到上层最终模具中，使第一材料的液面没过上层最终模具上的柱子，随后加热至固化，剥离固化的第一材料，并在进样口、出样口处打孔，保留释放微阀处的薄膜，得到所述上层芯片；S2：制作单细胞分选芯片，包括：S21：在硅片的相应位置上采用光刻工艺，得到下层硅片模具；S22：将第一材料旋涂到下层硅片模具上并一起加热至固化，得到贴合在一起下层硅片模具和下层芯片；S23：将S1中的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单细胞分选芯片，包括自上而下依次贴合的一上层芯片(1)和一玻璃片(3)；其特征在于，所述上层芯片(1)的下表面为上层芯片(1)的结构面，其上刻蚀有一主通道(11)，主通道(11)包含多个相互连通的U型部(111)，每个U型部(111)的两个直段之间均刻蚀有一捕获通道(12)，每个捕获通道(12)均通过一释放通道与一刻蚀于该上层芯片(1)的结构面上的释放微阀(13)相连，所述捕获通道(12)的尺寸设置为使捕获通道(12)的流阻小于所述主通道(11)的流阻。

【技术特征摘要】
1.一种单细胞分选芯片，包括自上而下依次贴合的一上层芯片(1)和一玻璃片(3)；其特征在于，所述上层芯片(1)的下表面为上层芯片(1)的结构面，其上刻蚀有一主通道(11)，主通道(11)包含多个相互连通的U型部(111)，每个U型部(111)的两个直段之间均刻蚀有一捕获通道(12)，每个捕获通道(12)均通过一释放通道与一刻蚀于该上层芯片(1)的结构面上的释放微阀(13)相连，所述捕获通道(12)的尺寸设置为使捕获通道(12)的流阻小于所述主通道(11)的流阻。2.根据权利要求1所述的单细胞分选芯片，其特征在于，该捕获通道(12)的与主通道(11)的相交处的尺寸设计为仅能容纳单个细胞。3.根据权利要求1或2所述的单细胞分选芯片，其特征在于，所述上层芯片(1)上还设有贯通的第一进样口(141)、第二进样口(142)、第一出样口(151)和第二出样口(152)，且所述上层芯片(1)的结构面上还刻蚀有连接所述两个进样口(141、142)的进样通道(16)，以及连接两个出样口(151、152)的两个出样通道(17)，且所述进样通道(16)和出样通道(17)分别与主通道(11)的两端相连。4.根据权利要求3所述的单细胞分选芯片，其特征在于，所述上层芯片(1)和玻璃片(3)之间设有一下层芯片(2)，该下层芯片(2)的下表面为下层芯片(2)的结构面，其上刻蚀有4个挤压通道(21)，其分别对应于进样通道(16)或出样通道(17)的下方并与之垂直。5.根据权利要求4所述的单细胞分选芯片，其特征在于，所述每个挤压通道(21)的一端设有贯通该上层芯片(1)和下层芯片(2)且与该挤压通道(21)连通的流控微阀(22)。6.根据权利要求4所述的单细胞分选芯片，其特征在于，所述上层芯片(1)和下层芯片(2)的材质为PDMS或塑料。7.一种根据权利要求5所述的单细胞分选芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制作上层芯片(1)，包括：S11：根据上层芯片(1)的结构制作出所需要的掩膜；S12：采用S11所述的掩膜，以硅片为衬底，进行光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀完成后去除残胶，得到具有微结构的上层硅片模具；S13：将制作好的上层硅片模具进行硅烷化，随后将第一材料浇注到上层硅片模具上并一起加热至固化，剥离固化的第一材料，并在进样口(141、142)、出样口(151、152)和释放微阀(13)处打孔，得到上层中间模具；S14：将第二材料浇注到上层中间模具中，第二材料填充上层中间模具的打孔位置，并固...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛红菊，王琨，周麟，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31