本發(fā)明涉及細胞捕獲技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件。

背景技術(shù)：

目前，相關(guān)技術(shù)中的單細胞捕獲器件通過布置大量的捕獲單元在流道中，或者使用多通道并行的方式，以提高通量。當(dāng)細胞懸浮液注入后，細胞以隨機的方式進入設(shè)計的捕獲單元，少量細胞通過窄口或流道中的凹槽被限制在流道內(nèi)，而其他多數(shù)細胞隨懸浮液流出出口。但是細胞在流道中能否進入捕獲單元的概率呈現(xiàn)一種高斯分布，因此降低了此類方式的捕捉效率，需要高通量的細胞流入才能保證每個單元的細胞捕獲率，另外多數(shù)器件采用了捕獲單元的串行連接方式，造成了因堵塞造成器件故障、不能重復(fù)使用的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，實現(xiàn)捕獲時的多通路結(jié)構(gòu)，并具有自適應(yīng)性、可提高捕獲效率，同時降低器件堵塞的風(fēng)險。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，包括細胞捕獲腔體，所述細胞捕獲腔體上設(shè)置有流入口和流出口，所述細胞捕獲腔體內(nèi)設(shè)置有細胞捕獲裝置，所述細胞捕獲裝置包括多個單細胞捕獲單元，所述多個單細胞捕獲單元按照預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)相互連接組成預(yù)設(shè)形狀，每個所述單細胞捕獲單元包括捕獲流道和旁路流道，所述捕獲流道上設(shè)置有窄口，所述窄口與待捕獲細胞的尺寸相匹配，每個所述單細胞捕獲單元的捕獲流道和旁路流道與相鄰單細胞捕獲單元的捕獲流道和旁路流道均連通。

根據(jù)本發(fā)明實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，單細胞捕獲單元呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀分布，實現(xiàn)捕獲時的多通路結(jié)構(gòu)，并具有自適應(yīng)性、可提高捕獲效率，同時降低器件堵塞的風(fēng)險。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進一步地，所述單細胞捕獲單元包括一個所述捕獲流道和兩個所述旁路流道，兩個所述旁路流道構(gòu)成一個矩形結(jié)構(gòu)，所述捕獲流道連通所述矩形結(jié)構(gòu)的一組對角。

進一步地，所述細胞捕獲裝置為矩陣結(jié)構(gòu)，多個所述單細胞捕獲單元分別設(shè)置在所述矩陣結(jié)構(gòu)的不同陣元位置上。

進一步地，在所述單細胞捕獲單元未捕獲細胞時，所述捕獲流道的體積流率大于所述旁路流道的體積流率。

進一步地，在所述流出口處設(shè)置有負壓提供裝置，所述負壓提供裝置用于在所述流入口、所述細胞捕獲裝置和所述流出口之間形成負壓。

進一步地，所述負壓提供裝置包括聚乙烯管和注射器，通過抽拉所述注射器在所述流入口、所述細胞捕獲裝置和所述流出口之間形成負壓。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1(A)是本發(fā)明一個實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(B)是本發(fā)明一個實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的細胞捕獲裝置捕獲細胞的原理示意圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例的理論模型構(gòu)建的示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例的單細胞捕獲微流控器件捕獲過程示意圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例的5×5細胞捕獲裝置一種可能的細胞捕獲順序示意圖；

圖6(A)是本發(fā)明一個實施例第一特殊細胞陣列圖形的捕獲單元網(wǎng)絡(luò)仿真分析圖；

圖6(B)是本發(fā)明一個實施例第二特殊細胞陣列圖形的捕獲單元網(wǎng)絡(luò)仿真分析圖；

圖6(C)是圖6(A)實驗結(jié)果圖；

圖6(D)是圖6(B)實驗結(jié)果圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件。

圖1(A)是本發(fā)明一個實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(B)是本發(fā)明一個實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明一個實施例的細胞捕獲裝置捕獲細胞的原理示意圖。

如圖1(A)、圖1(B)和圖2所示，一種大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，包括細胞捕獲腔體101。在細胞捕獲腔體下側(cè)設(shè)置有載玻片102。細胞捕獲腔體101上設(shè)置有流入口103和流出口104。細胞捕獲腔體101內(nèi)設(shè)置有細胞捕獲裝置105。細胞捕獲裝置105包括多個單細胞捕獲單元，多個單細胞捕獲單元按照預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)相互連接組成預(yù)設(shè)形狀。每個單細胞捕獲單元包括捕獲流道203和旁路流道202。捕獲流道203上設(shè)置有窄口，窄口與待捕獲細胞的尺寸相匹配。每個單細胞捕獲單元的捕獲流道203和旁路流道202與相鄰單細胞捕獲單元的捕獲流道203和旁路流道202均連通。

在本發(fā)明的一個實施例中，單細胞捕獲單元包括一個捕獲流道203和兩個旁路流道202，兩個旁路流道構(gòu)成一個矩形結(jié)構(gòu)，捕獲流道203連通矩形結(jié)構(gòu)的一組對角。一般情況下，正方形結(jié)構(gòu)比矩形結(jié)構(gòu)具有更大的便利。特別是在捕獲流道203捕獲細胞后，由于采用正方形結(jié)構(gòu)能夠使得兩個旁路流道202分擔(dān)相對均衡的負壓力，使得單細胞捕獲單元再次遇到細胞時，通過旁路流道202均衡流向其它相鄰的單細胞捕獲單元。

在本發(fā)明的一個實施例中，細胞捕獲裝置為矩陣結(jié)構(gòu)，多個單細胞捕獲單元分別設(shè)置在矩陣結(jié)構(gòu)的不同陣元位置上。在矩陣結(jié)構(gòu)的每個陣元位置上，相對應(yīng)設(shè)置的單細胞捕獲單元可以根據(jù)需要設(shè)置為有或無，從而讓多個被捕獲的單細胞組成不同的形狀，以便在培養(yǎng)基環(huán)境內(nèi)繼續(xù)生長形成不同的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個實施例中，在單細胞捕獲單元未捕獲細胞時，捕獲流道203的體積流率大于旁路流道202的體積流率，可以保證在捕獲流道203未捕獲細胞時，具有相對于旁路流道202更大的負壓吸附力，從而使捕獲流道203更容易捕獲細胞。

在本發(fā)明的一個實施例中，在流出口處設(shè)置有負壓提供裝置，負壓提供裝置用于在流入口103、細胞捕獲裝置105和流出口104之間形成負壓，使細胞懸浮液均勻地進入每個單細胞捕獲單元提供負壓吸附力。

在本發(fā)明的一個實施例中，負壓提供裝置包括聚乙烯管106和注射器108，通過抽注射器在流入口、細胞捕獲裝置和流出口之間形成負壓。通過聚乙烯管106和注射器108提供負壓結(jié)構(gòu)簡單、成本低。

在本發(fā)明的一個實施例中，細胞捕獲腔體101通過在由光刻制作的SU8負光刻膠模板上均勻涂覆一層聚二甲基硅氧烷烘干后揭膜制成。

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，將通過以下實施例進行詳細說明。

如圖1(A)和圖1(B)所示，本發(fā)明實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件包括細胞捕獲腔體101、載玻片102、流入口103、流出口104、細胞捕獲裝置105、聚乙烯管106、細胞懸浮液注入裝置107和注射器108。用移液槍將適當(dāng)稀釋后的細胞懸浮液滴入流入口103，通過拉動出口所連接的注射器108對液體加負壓引流，細胞隨著細胞懸浮液進入細胞捕獲裝置105中。

如圖2所示，細胞懸浮液從入口201流進，捕獲網(wǎng)格出口204流出，每個單細胞捕獲單元由捕獲流道203與兩個旁路流道202組成，在捕獲流道內(nèi)部設(shè)置有窄口，可限制細胞流出該單元。每個單細胞捕獲單元在捕獲細胞前，捕獲流道的體積流率Q1，旁路流道的體積流率分別為Q2、Q3，在捕獲后捕獲流道的體積流率Q1’，旁路流道的體積流率分別為Q2’、Q3’，定義每個單元捕捉單細胞前的體積流率比rq＝Q1/max(Q2,Q3)，捕捉單細胞后的體積流率比rq’＝Q1’/max(Q2’,Q3’)。

圖3是本發(fā)明一個實施例的理論模型構(gòu)建的示意圖。如圖3所示，圖示單細胞捕獲單元為細胞捕獲裝置中任一選取的單元。沿著壓強下降的方向，A為該單元的起點，B為該單元的終點，從A到B之間共有三條較小的路徑可選擇，分別為路徑1、路徑2、路徑3。路徑1上具有捕捉細胞的窄口，而路徑2、3僅作為旁路流道。路徑1的體積流率為Q₁。路徑2的第一段體積流率為Q₂₁，第二段體積流率為Q₂₂，Q₂₁和Q₂₂不一定相同，其比值會隨著單元位置分布以及流道中的細胞捕獲狀態(tài)改變。路徑3的第一段體積流率為Q₃₁,第二段體積流率為Q₃₂，Q₃₁和Q₃₂不一定相同，其比值會隨著單元位置分布以及流道中的細胞捕獲狀態(tài)改變。在路徑1中，A,B兩點間長度為L₁,較寬的流道部分的寬度為W₁,用于捕獲細胞較窄的流道部分的長度為L_T,寬度為W₁₀。在路徑2中，第一段長度為L₂₁,流道寬度為W₂,第二段流道長度為L₂₂,寬度為W₂。在路徑3中，第一段長度為L₃₁,流道寬度為W₃,第二段流道長度為L₃₂,寬度為W₃。當(dāng)細胞進入該單元后，會優(yōu)先選擇體積流率更大的流道，為使細胞優(yōu)先進入捕獲流道選擇路徑1，應(yīng)使根據(jù)層流模型進行理論推導(dǎo)，可以得到非常簡潔的理論解，即r_Q＝r_Q1(1+min(λ₂,λ₃))>1，r_Q由r_Q1,λ₂,λ₃決定，根據(jù)下列表達式可知，

r_Q1僅由流道的幾何參數(shù)決定，只要保證流道的設(shè)計滿足r_Q1>1的條件即可保證無論λ₂,λ₃如何隨周邊單元和流道內(nèi)細胞捕獲的狀態(tài)變化，均可滿足的捕獲條件。即代表細胞會優(yōu)先選擇捕獲流道，待被捕獲后，Q₁減小至接近于0，不再被滿足，則后續(xù)細胞會進入旁路流道，保證捕獲流道中在理論上僅捕獲單細胞。

圖4是本發(fā)明的單細胞捕獲微流控器件捕獲過程示意圖。如圖4所示，隨著細胞隨細胞懸浮液依次進入流道中，細胞懸浮液從細胞捕獲裝置的入口流入，流經(jīng)細胞捕獲裝置，細胞通過自適應(yīng)性選擇具有最小流阻的流道，并被捕獲在各單細胞捕獲單元特定位置處，直至所有單細胞捕獲單元捕獲單細胞后，多余細胞再從末端出口流出。圖5為本發(fā)明一個實施例的5×5細胞捕獲裝置一種可能的細胞捕獲順序示意圖。如圖5所示，多個細胞在細胞捕獲裝置依次被相應(yīng)的單細胞捕獲單元捕獲。

圖6(A)為層流條件下特殊細胞陣列圖形的捕獲單元網(wǎng)絡(luò)仿真分析圖。圖6(B)為層流條件下特殊細胞陣列圖形的捕獲單元網(wǎng)絡(luò)仿真分析圖。通過填充捕獲流道203改變部分單元結(jié)構(gòu),則可改變單細胞陣列排列方式，形成特殊細胞陣列圖形，通過仿真驗證結(jié)構(gòu)的變化仍能保證細胞捕獲效率。圖6(C)是圖6(A)實驗結(jié)果圖，與所設(shè)計結(jié)構(gòu)基本一致，但由于細胞團(注意不是單個細胞)造成的堵塞以及細胞粘附等現(xiàn)象，造成部分區(qū)域與設(shè)計圖像存在一定差異。圖6(D)是圖6(B)實驗結(jié)果圖，與所設(shè)計結(jié)構(gòu)基本一致，但少部分單元存在捕獲不到單細胞的可能性，造成部分區(qū)域與設(shè)計圖像存在一定差異，與A中設(shè)計相比區(qū)域堵塞以及細胞粘附等情況減少。

本發(fā)明實施例的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)陣列單細胞捕獲微流控器件，捕獲后細胞陣列分布可實現(xiàn)小間距、目標細胞在原有溶液含量少的情況下也能保證高捕獲率，同時有效地減緩由器件堵塞造成的器件失效和不能重復(fù)使用的情況。

另外，本發(fā)明實施例的大規(guī)模陣列單細胞捕獲微流控器件的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。