基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，包括叉指换能器，在叉指换能器上部键合有微流道系统，微流道系统上设置有鞘流入口接头、细胞悬液入口接头、连续相入口接头、收集出口接头、鞘流第一出口接头、鞘流第二出口接头，叉指换能器上设置有两个弧形电极，这两个弧形电极分别对称设置在细胞悬液入口接头与鞘流第一出口接头及鞘流第二出口接头之间的微流道系统两侧。本发明专利技术采用一对弧形叉指换能器产生的驻波声表面波将团聚的粒子有效的进行分散和单排排列，有效的提升单细胞包裹的微液滴的效率，且声表面波具有非接触，对生物样本实验具有良好的生物兼容性。适用于单细胞包裹微液滴的生成及包裹单个微球、微粒的微液滴的生成。微粒的微液滴的生成。微粒的微液滴的生成。

【技术实现步骤摘要】
基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置及方法


[0001]本专利技术涉及液滴微流控
，特别涉及一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置及方法。

技术介绍

[0002]在生化医疗研究当中，单细胞分析技术允许以单个细胞为单位，实现对各种细胞独特生物学特性的研究，对于在细胞层面开展深入研究探索至关重要。随着微流控技术的发展，液滴微流控技术可以实现在容积为几纳升的独立隔室中进行生化反应，使成千上万的反应可以同时彼此独立地发生。其中，将单个细胞封装于微液滴中，可以避免多细胞之间的相互干扰，保证细胞研究所需要的液态环境，避免外界污染；通过最小的样品稀释、更高的灵敏度、更短的时间来表征单细胞分析。液滴微流控单细胞封装技术为实现包括蛋白质和基因的单细胞分析提供了快速、准确的新方法。
[0003]基于液滴微流控的单细胞封装方法主要包括被动封装和主动封装两类方法。被动封装方法可以在简单的微流控装置中利用压力驱动连续相和分散相流体来制备微液滴，获得封装单个细的微液滴。但是该类方法中微液滴中封装细胞的数量主要取决于细胞悬液的浓度，封装过程通常遵循泊松统计，虽然该方法较为简单，但单细胞封装的效率较低。
[0004]主动封装方法主要借助声场、光场、电场等外力场将细胞主动包裹在液滴中，例如光捕获（M.Y. He, J.S. Edgar, G.D.M. Jeffries, et al., Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter
‑ꢀ
and femtoliter
‑
volume droplets, Anal. Chem. 77 (2005 1539
–
1544.）、声场力（U. Demirci, G. Montesano, Single cell epitaxy by acoustic picolitre droplets, Lab Chip. 7 (2007 1139
–
1145.）、气动阀（Y. Zeng, R. Novak, J. Shuga, et al., High
‑
performance single cell genetic analysis using microfluidic emulsion generator arrays, Anal. Chem. 82 (2010 3183
–
3190.）和通过锥形毛细管的吸力（S.Q. Gu, Y.X. Zhang, Y. Zhu, et al., Multifunctional picoliter droplet manipulation platform and its application in single cell analysis, Anal. Chem. 83 (20117570
–
7576.）。该类方法的特点是可以通过对细胞的驱动操控，使细胞更容易被微液滴封装。相比被动封装方法，可以获得更高的单细胞封装效率，但封装效率仍然在50%以下，不能满足生物医学领域对大批量单细胞封装液滴的需求，因此，高封装效率的方法需要进一步发展。

技术实现思路

[0005]为提升单细胞封装的效率，本专利技术提供一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置及方法，通过弧形叉指换能器的两个弧形电极产生的驻波声表面波对微通道中的单细胞进行单列排序，然后生成包裹单细胞的微液滴；结合鞘流结构，采用一对弧形叉指换能器产生的驻波声表面波可以将团聚的粒子有效的进行分散和单排排列，从而有效的提
升单细胞包裹的微液滴的效率，且声表面波具有非接触，对生物样本实验具有良好的生物兼容性；不仅适用于单细胞包裹微液滴的生成，还适用于包裹单个微球、微粒的微液滴的生成。
[0006]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，包括叉指换能器，在叉指换能器上部键合有微流道系统，所述微流道系统上设置有鞘流入口接头、细胞悬液入口接头、连续相入口接头、收集出口接头、鞘流第一出口接头、鞘流第二出口接头，叉指换能器上设置有两个弧形电极，这两个弧形电极分别对称设置在细胞悬液入口接头与鞘流第一出口接头及鞘流第二出口接头之间的微流道系统两侧。
[0007]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述微流道系统包括鞘流通道、细胞悬液通道，鞘流通道的入口端为鞘流入口，鞘流入口接头设置在鞘流入口上，鞘流通道的出口端与细胞悬液通道的末端连接贯通，鞘流通道是以细胞悬液通道为中心的对称结构，细胞悬液通道的入口端为细胞悬液入口，细胞悬液入口接头设置在细胞悬液入口上，细胞悬液通道的出口端与鞘流通道的出口端、层流通道的入口端连接贯通，层流通道的出口端与鞘流第一运输通道的入口端、鞘流第二运输通道的入口端、第三运输通道的入口端连接贯通，鞘流第一运输通道的出口端为鞘流第一出口，鞘流第一出口接头设置在鞘流第一出口上，鞘流第二运输通道的出口端为鞘流第二出口，鞘流第二出口接头设置在鞘流第二出口上，第三运输通道的出口端与连续相流道的出口端、第四运输通道的入口端连接贯通，连续相流道的入口端为连续相入口，连续相入口接头设置在连续相入口上，连续相流道是以第四运输通道为中心的对称结构，第四运输通道的出口端为收集出口，收集出口接头设置在收集出口上，叉指换能器的两个电极分别设置在鞘流通道与鞘流第一运输通道以及鞘流第二运输通道之间的层流通道之间的层流通道的两侧。
[0008]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述叉指换能器为弧形叉指换能器。
[0009]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述叉指换能器包括压电基片，压电基片上设置有第一圆弧叉指电极，第二圆弧叉指电极，均包括若干对扇形叉指，且扇形叉指交错平行排列；所述第一圆弧叉指电极、第二圆弧叉指电极分别有两个信号输入端，第一圆弧叉指电极和第二圆弧叉指电极对称设置在层流通道的两侧。
[0010]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述压电基片的材质为双面抛光的128
°
Y铌酸锂或石英单晶。
[0011]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述第一圆弧叉指电极、第二圆弧叉指电极采用60纳米底层的铬、300纳米中间层的金、20纳米上层的二氧化硅的三层结构。
[0012]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述微流道系统的流道高度均为70微米，鞘流入口、细胞悬液入口、鞘流第一出口、鞘流第二出口、连续相入口、收集出口均为通孔。
[0013]上述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，所述微流道系统的材质为聚二甲基硅氧烷。
[0014]一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成方法，包括以下步骤：
1）首先将基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置固定在安装有高速相机的显微镜载物台上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，包括叉指换能器（700），其特征在于，在叉指换能器上部键合有微流道系统（100），所述微流道系统（100）上设置有鞘流入口接头（600）、细胞悬液入口接头（500）、连续相入口接头（200）、收集出口接头（300）、鞘流第一出口接头（400）、鞘流第二出口接头（800），叉指换能器（700）上设置有两个弧形电极，这两个弧形电极分别对称设置在细胞悬液入口接头（500）与鞘流第一出口接头（400）及鞘流第二出口接头（800）之间的微流道系统两侧。2.根据权利要求1所述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，其特征在于，所述微流道系统（100）包括鞘流通道（102）、细胞悬液通道（104），鞘流通道（102）的入口端为鞘流入口（101），鞘流入口接头（600）设置在鞘流入口（101）上，鞘流通道（102）的出口端与细胞悬液通道（104）的末端连接贯通，鞘流通道（102）是以细胞悬液通道（104）为中心的对称结构，细胞悬液通道（104）的入口端为细胞悬液入口（103），细胞悬液入口接头（500）设置在细胞悬液入口（103）上，细胞悬液通道（104）的出口端与鞘流通道（102）的出口端、层流通道（105）的入口端连接贯通，层流通道（105）的出口端与鞘流第一运输通道（113）的入口端、鞘流第二运输通道（107）的入口端、第三运输通道（108）的入口端连接贯通，鞘流第一运输通道（113）的出口端为鞘流第一出口（114），鞘流第一出口接头（400）设置在鞘流第一出口（114）上，鞘流第二运输通道（107）的出口端为鞘流第二出口（106），鞘流第二出口接头（800）设置在鞘流第二出口（106）上，第三运输通道（108）的出口端与连续相流道（111）的出口端、第四运输通道（112）的入口端连接贯通，连续相流道（111）的入口端为连续相入口（110），连续相入口接头（200）设置在连续相入口上，连续相流道（111）是以第四运输通道（112）为中心的对称结构，第四运输通道（112）的出口端为收集出口（109），收集出口接头（300）设置在收集出口（109）上，叉指换能器的两个电极分别设置在鞘流通道（102）与鞘流第一运输通道（113）以及鞘流第二运输通道（107）之间的层流通道（105）之间的层流通道（105）的两侧。3.根据权利要求1所述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，其特征在于，所述叉指换能器为弧形叉指换能器。4.根据权利要求3所述基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置，其特征在于，所述叉指换能器（700），包括压电基片（701），压电基片（701）上设置有第一圆弧叉指电极（702），第二圆弧叉指电极（703），均包括若干对扇形叉指，且扇形叉指交错平行排列；所述第一圆弧叉指电极（702）、第二圆弧叉指电极（703）分别有两个信号输入端，第一圆弧叉指电极（702）和第二圆弧叉指电极（703）对称设置在层流通道（105）的两侧。5.根据权利要求4所述基于声表面波排列...

【专利技术属性】
技术研发人员：金少搏，叶国永，王通，王鹏鹏，代利国，曹娜，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：