基于液滴微流控技术的微流控芯片及其检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于液滴微流控技术的微流控芯片及其检测方法，采用螺旋形分散相进液通道利用惯性聚焦原理可将细胞单分散，使其前后均匀排布于通道内，利于形成高包裹率的单细胞液滴；另外，使分散相进液通道与连续相进液通道交汇呈“十”字交叉，形成十字形液滴生成通道便于调节两相液体的流量比，进而控制液滴生成的长度与间距，液滴大小更均一稳定；再者本发明专利技术的微流控芯片设置为上下层，上层实现高通量单细胞的捕获，下层实现单细胞的培养及其分泌物的富集，从而达到单细胞在液滴中长期培养，并能进行单细胞原位培养、细胞共培养、药物筛选、分泌物实时、高灵敏检测等研究，且操作简单灵活、高通量、无污染、耗时短、成本低廉、应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
基于液滴微流控技术的微流控芯片及其检测方法
本专利技术属于细胞培养及生物检测
，特别是涉及一种基于液滴微流控技术的集单细胞捕获、培养、分泌物实时检测与一体的微流控芯片及其检测方法。
技术介绍
细胞是生物体结构和功能的基本单位，而在任何细胞群体中，都会存在不同程度的细胞异质性，而细胞异质性在肿瘤恶化、肿瘤耐药性、免疫反应、细胞分化等方面具有重要影响。近几年随着生物学和医学的不断发展，针对单个细胞的研究显得愈发重要。通过研究单细胞可以看出细胞异质性对基体功能和状态的影响，研究不同单细胞的病理特征，对分析细胞代谢、细胞紊乱等细胞活动有非常重要的意义。近年来，单细胞分析在生命科学、肿瘤等疾病的精准诊断、生物医药等方面已得到广泛的应用。因此，单细胞分离及捕获技术对于单细胞分析具有重要作用。由于单细胞体积小、所测组分含量低、种类繁多，使得单细胞的精准分离和分析难度很大，如何高效率、低成本、方便灵活地分离和捕获单细胞，是目前亟需解决的技术问题。细胞分泌物包括外泌体、细胞因子、糖蛋白、miRNA等，这些物质所含的信息对于研究单细胞，特别是肿瘤细胞的生理功能尤为重要。微流控芯片是一种能在微米级尺度空间对流体进行操控的技术，早期研究主要集中在连续相流体的化学电泳分析，故又被称为微全分析系统、芯片实验室。近年来，液滴微流控芯片开始大放光彩，其利用互不相容的两相液体，一种作为连续相，另一种作为分散相，通过两相界面处的表面张力和剪切力共同作用形成液滴。它具有液滴体积小(皮升至纳升)、体系封闭、无交叉污染、大小均一、生成速度快、通量高等优势，在药物筛选、细胞研究以及DNA和蛋白质等生物大分子的分析检测等方面有着广泛的应用。由于液滴可作为独立的单细胞微反应容器，能够有效控制扩散，提高检测灵敏度，已被应用于多种单细胞分析中，而微流控芯片作为生成液滴的主要工具，其在单细胞分析中的应用也得到了越来越多的关注。目前，液滴微流控芯片通过形成包裹有细胞的液滴实现了多种单细胞捕获，进而实现对固定细胞的分析检测。如专利申请公开号为CN108949496A的现有技术公开了一种基于液滴微流控芯片的单细胞分离方法，设计了一款可以实现单细胞包裹的液滴微流控芯片，但是它只实现了单细胞的捕获和分选，不能对单细胞进行分析检测。专利申请公开号为CN109991423A的现有技术公开了一种高效单细胞捕获与快速单细胞分泌蛋白检测平台及检测方法，设计了一种捕获并孵育单细胞、检测其分泌蛋白的微流控芯片，但此芯片在设计上限制了液滴的高通量生成(最多5万个)；且不能进行实时检测，需要将捕获检测物的芯片分离下来进行后续检测。因此设计一种集单细胞捕获、培养、分泌物实时检测于一体的微流控芯片及其检测方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于液滴微流控技术的微流控芯片及其检测方法，用于解决现有技术中的微流控芯片存在单细胞捕获率低、单细胞分泌物检测灵敏度低以及无法直接实时检测细胞分泌物等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于液滴微流控技术的微流控芯片，所述微流控芯片包括：位于上层的液滴生成及单细胞捕获单元及位于下层的单细胞培养单元；所述液滴生成及单细胞捕获单元包括：连续相入口、第一分散相入口、第二分散相入口、分散相进液通道、连续相进液通道、十字形液滴生成通道、出液通道及出液口；所述分散相进液通道包括三条：弧形分散相进液通道、螺旋形分散相进液通道及直线型分散相进液单通道，所述第一分散相入口连接所述弧形分散相进液通道，所述第二分散相入口连接所述螺旋形分散相进液通道，所述弧形分散相进液通道与所述螺旋形分散相进液通道在末端交汇且与所述直线型分散相进液单通道相连；所述连续相进液通道包括两条：第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道，所述连续相入口同时连接所述第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道；所述连续相进液通道位于所述分散相进液通道的外周，所述第一子连续相进液通道、所述第二子连续相进液通道及所述直线型分散相进液单通道交汇处呈“十”字交叉，形成所述十字形液滴生成通道；所述出液通道连接所述十字形液滴生成通道和所述出液口；所述单细胞培养单元包括细胞培养皿。可选地，所述连续相入口、所述第一分散相入口及所述第二分散相入口均设置有过滤柱。可选地，所述连续相进液通道的宽度介于50μm～60μm之间；所述弧形分散相进液通道的宽度介于20μm～30μm之间；所述螺旋形分散相进液通道的宽度介于50μm～60μm之间，螺旋圈数介于3～10之间；所述直线型分散相进液单通道的宽度介于50μm～70μm之间；所述分散相进液通道及所述连续相进液通道的高度介于50μm～60μm之间；所述弧形分散相进液通道的流阻与所述螺旋形分散相进液通道的流阻相同。可选地，所述弧形分散相进液通道的弧度介于200°～240°之间，外径介于1800μm～2300μm之间；所述螺旋形分散相进液通道外圈的曲率半径介于2300μm～3400μm之间，内圈的曲率半径介于1500μm～2000μm之间，宽度介于50μm～60μm之间，螺旋间距介于50μm～100μm之间。可选地，所述连续相进液通道的宽度为55μm；所述弧形分散相进液通道的宽度为25μm；所述螺旋形分散相进液通道的宽度为55μm，螺旋圈数为3圈；所述直线型分散相进液单通道的宽度为60μm之间；所述分散相进液通道及所述连续相进液通道的高度为55μm；所述弧形分散相进液通道的弧度为237°，外径为2200μm；所述螺旋形分散相进液通道外圈的曲率半径为2300μm，内圈的曲率半径为1800μm，宽度为50μm，螺旋间距为100μm。可选地，所述细胞培养皿的尺寸介于2英寸～4英寸之间。可选地，所述出液通道上设置有一个直三棱柱及两个四棱柱；两个所述四棱柱对称分布于所述直三棱柱的两侧；所述直三棱柱设置于所述出液通道的中间位置，且朝向所述十字形液滴生成通道的一侧设置有凸起部；所述出液通道的宽度自所述十字形液滴生成通道一侧起逐渐增宽。可选地，所述直三棱柱的上下表面为等腰三角形，所述四棱柱的上下表面为平行四边形。本专利技术还提供一种基于液滴微流控技术的微流控芯片的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：1)提供如上所述任意一项所述基于液滴微流控技术的微流控芯片；2)利用压力泵使水相单细胞悬液从所述第二分散相入口进入、水相磁珠悬液从所述第一分散相入口进入、油相液体从所述连续相入口进入，其中，所述水相单细胞悬液中含有基底膜基质胶；3)所述水相单细胞悬液流经所述螺旋形分散相进液通道及所述水相磁珠悬液流经所述弧形分散相进液通道并在所述直线型分散相进液通道处汇合，所述油相液体流经所述连续相进液通道，最终于所述十字形液滴生成通道处交叉汇合，在外力的推动和油相剪切力的作用下，分散相与连续相同步向前运动，两相界面处的张力不足以维持连续相施加给分散相的剪切力时，分散相断裂形成一个个独立的、被连续相包裹的液滴，单细胞和磁珠被包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液滴微流控技术的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：位于上层的液滴生成及单细胞捕获单元及位于下层的单细胞培养单元；/n所述液滴生成及单细胞捕获单元包括：连续相入口、第一分散相入口、第二分散相入口、分散相进液通道、连续相进液通道、十字形液滴生成通道、出液通道及出液口；/n所述分散相进液通道包括三条：弧形分散相进液通道、螺旋形分散相进液通道及直线型分散相进液单通道，所述第一分散相入口连接所述弧形分散相进液通道，所述第二分散相入口连接所述螺旋形分散相进液通道，所述弧形分散相进液通道与所述螺旋形分散相进液通道在末端交汇且与所述直线型分散相进液单通道相连；/n所述连续相进液通道包括两条：第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道，所述连续相入口同时连接所述第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道；/n所述连续相进液通道位于所述分散相进液通道的外周，所述第一子连续相进液通道、所述第二子连续相进液通道及所述直线型分散相进液单通道交汇处呈“十”字交叉，形成所述十字形液滴生成通道；/n所述出液通道连接所述十字形液滴生成通道和所述出液口；/n所述单细胞培养单元包括细胞培养皿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于液滴微流控技术的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：位于上层的液滴生成及单细胞捕获单元及位于下层的单细胞培养单元；
所述液滴生成及单细胞捕获单元包括：连续相入口、第一分散相入口、第二分散相入口、分散相进液通道、连续相进液通道、十字形液滴生成通道、出液通道及出液口；
所述分散相进液通道包括三条：弧形分散相进液通道、螺旋形分散相进液通道及直线型分散相进液单通道，所述第一分散相入口连接所述弧形分散相进液通道，所述第二分散相入口连接所述螺旋形分散相进液通道，所述弧形分散相进液通道与所述螺旋形分散相进液通道在末端交汇且与所述直线型分散相进液单通道相连；
所述连续相进液通道包括两条：第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道，所述连续相入口同时连接所述第一子连续相进液通道及第二子连续相进液通道；
所述连续相进液通道位于所述分散相进液通道的外周，所述第一子连续相进液通道、所述第二子连续相进液通道及所述直线型分散相进液单通道交汇处呈“十”字交叉，形成所述十字形液滴生成通道；
所述出液通道连接所述十字形液滴生成通道和所述出液口；
所述单细胞培养单元包括细胞培养皿。


2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述连续相入口、所述第一分散相入口及所述第二分散相入口均设置有过滤柱。


3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述连续相进液通道的宽度介于50μm～60μm之间；所述弧形分散相进液通道的宽度介于20μm～30μm之间；所述螺旋形分散相进液通道的宽度介于50μm～60μm之间，螺旋圈数介于3～10之间；所述直线型分散相进液单通道的宽度介于50μm～70μm之间；所述分散相进液通道及所述连续相进液通道的高度介于50μm～60μm之间；所述弧形分散相进液通道的流阻与所述螺旋形分散相进液通道的流阻相同。


4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于：所述弧形分散相进液通道的弧度介于200°～240°之间，外径介于1800μm～2300μm之间；所述螺旋形分散相进液通道外圈的曲率半径介于2300μm～3400μm之间，内圈的曲率半径介于1500μm～2000μm之间，宽度介于50μm～60μm之间，螺旋间距介于50μm～100μm之间。


5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于：所述连续相进液通道的宽度为55μm；所述弧形分散相进液通道的宽度为25μm；所述螺旋形分散相进液通道的宽度为55μm，螺旋圈数为3圈；所述直线型分散相进液单通道的宽度为60μm；所述分散相进液通道及所述连续相进液通道的高度为55μm；所述弧形分散相进液通道的弧度为237°，外径为2200μm；所述螺旋形分散相进液通道外圈的曲率半径为2300μm，内圈的曲率半径为1800μm，宽度为50μm，螺旋间距为100μm。


6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述细胞培养皿的尺寸介于2英寸～...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾春平，刘伟，周扬，吴嫚，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