本發(fā)明涉及單細胞分析設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種細胞捕獲裝置。

背景技術(shù)：

單細胞分析方法是一種將單個細胞從細胞群體(如多細胞組織等)分離并進行研究的方法。目前大家熟知的是，在同一細胞群體中的細胞個體間可能有很大的差異。這些差異會對整個細胞群體的健康和功能產(chǎn)生重大影響，而僅在群體水平進行檢測的實驗表征方法勢必會忽略這些關(guān)鍵性的不同。而單細胞分析方法可以幫助人們理解同一細胞群體中細胞個體間的異質(zhì)性。

單細胞分析方法有助于系統(tǒng)性地描繪細胞狀態(tài)、定義細胞與細胞間的正常差異、測定環(huán)境擾動對細胞的影響，以及理解細胞在更大尺度上對組織和網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)具有不可替代的作用。比如，我們可以研究監(jiān)測單個細胞的遷移和分裂(如在特定細胞群體里細胞分裂的頻率)，以此研究癌細胞相對正常細胞而言不可控的增殖。

現(xiàn)存的技術(shù)中，已經(jīng)有數(shù)種可以做到高效、高通量地進行單細胞分析，如(一)流式細胞儀(cytometry)，(二)基于軟刻蝕技術(shù)的微坑(rettig,jacqueliner.,andalbertfolch."large-scalesingle-celltrappingandimagingusingmicrowellarrays."analyticalchemistry77.17(2005):5628-5634.)或其它微結(jié)構(gòu)細胞捕獲法，以及(三)與微電極結(jié)合的微結(jié)構(gòu)細胞捕獲法(kim,soohyeon,andteruofujii."efficientanalysisofasmallnumberofcancercellsatthesingle-celllevelusinganelectroactivedouble-wellarray."labonachip(2016).)。

以上方法雖然實現(xiàn)了單細胞的分離與分析，但是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高了分析的成本并限制了對細胞圖像信息的獲取(如第一、三種)；或?qū)毎麡颖驹斐蓸O大的浪費(如第一、二種)，這對于珍貴且稀少的單細胞樣本(<100個)而言是難以接受的。

因此，目前急需提供一種高效、準確、廉價的單細胞分析方法，以促進細胞生物學(xué)的研究以及細胞體外模型的構(gòu)建。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種細胞捕獲裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的單細胞分析方法存在單細胞捕獲效率低的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N細胞捕獲裝置，該細胞捕獲裝置包括過濾層，過濾層包括捕獲通孔，捕獲通孔具有相互連通的進口和出口，捕獲通孔的進口的橫截面積大于出口的橫截面積，且每個捕獲通孔內(nèi)只容納一個細胞。

進一步地，捕獲通孔為多個，優(yōu)選多個捕獲通孔陣列設(shè)置；更優(yōu)選相鄰兩個捕獲通孔之間的間距為25～150μm。

進一步地，捕獲通孔具有第一孔段和第二孔段，第一孔段和第二孔段之間具有臺階面，第一孔段的遠離第二孔段的一端形成進口，第二孔段的遠離第一孔段的一端形成出口；優(yōu)選地，捕獲通孔的高度為h1，第二孔段的高度為h2，其中，1/15≤h2/h1≤1/2。

進一步地，進口的形狀為圓形、橢圓形、矩形或菱形。

進一步地，進口的尺寸為d2，出口的尺寸為d1，其中，10μm≤d2≤30μm，2μm≤d1＜10μm。

進一步地，細胞捕獲裝置還包括導(dǎo)流層，導(dǎo)流層可分離地設(shè)置在過濾層的下端，導(dǎo)流層具有導(dǎo)流通道，導(dǎo)流通道與過濾層的出口相連通。

進一步地，細胞捕獲裝置還包括進樣層，進樣層可分離地設(shè)置在過濾層的上端，進樣層具有進樣通道，進樣通道與過濾層的進口相連通。

進一步地，細胞捕獲裝置還包括加壓元件，加壓元件用于向捕獲通孔的進口一側(cè)施加正向氣壓或液壓。

進一步地，細胞捕獲裝置還包括減壓元件，減壓元件用于向捕獲通孔的出口一側(cè)施加負向氣壓或液壓。

進一步地，過濾層的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷。

進一步地，導(dǎo)流層的材質(zhì)選自無機玻璃、硅片、金屬或聚二甲基硅氧烷高分子材料。

進一步地，進樣層的材質(zhì)選自無機玻璃、硅片、金屬或聚二甲基硅氧烷高分子材料。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將捕獲通孔設(shè)計為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細胞的細胞懸浮液進入捕獲通孔后液體部分能夠從出口流出，而將進口的橫截面積設(shè)計為大于出口的橫截面積，使細胞能夠被截留在捕獲通孔內(nèi)而不隨細胞懸浮液流出。根據(jù)目標細胞的大小而合理確定捕獲通孔的高度，從而使得每個捕獲通孔僅能容納一個細胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細胞的捕獲裝置相比，本申請的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，在不借助外力的情況下，自身即可實現(xiàn)對細胞的捕獲。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施例中的細胞捕獲裝置的主視圖；以及

圖2示出了圖1所示的細胞捕獲裝置的俯視圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、過濾層；11、捕獲通孔；111、進口；112、出口；

20、導(dǎo)流層；21、導(dǎo)流通道；

30、進樣層；31、進樣通道。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

如背景技術(shù)所提到的，現(xiàn)有技術(shù)中的單細胞捕獲方法中，存在捕獲裝置復(fù)雜、捕獲條件苛刻而影響捕獲效率的問題。為改善這一現(xiàn)狀，在本申請一種典型的實施方式中，提供了一種細胞捕獲裝置，該細胞捕獲裝置包括過濾層10，過濾層10包括捕獲通孔11，捕獲通孔11的進口111的橫截面積大于捕獲通孔11的出口112的橫截面積，且每個捕獲通孔11只容納一個細胞。

本申請的細胞捕獲裝置，通過將捕獲通孔11設(shè)計為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細胞的細胞懸浮液進入捕獲通孔11后液體部分能夠從出口112流出，而將進口111的橫截面積設(shè)計為大于出口112的橫截面積，使細胞能夠被截留在捕獲通孔11內(nèi)而不隨細胞懸浮液流出。根據(jù)目標細胞的大小而合理確定捕獲通孔11的高度(見圖1所示h1)，從而使得每個捕獲通孔11僅能容納一個細胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細胞的捕獲裝置相比，本申請的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，該細胞捕獲裝置自身即可實現(xiàn)對細胞的捕獲，而無需依靠外力(比如現(xiàn)有技術(shù)中在捕獲通孔11底部設(shè)置電極等)將細胞吸入微孔中。

上述細胞捕獲裝置中，對捕獲通孔11的數(shù)目并無特殊限定。根據(jù)研究目的的不同，捕獲通孔11的數(shù)量可以根據(jù)需要進行合理設(shè)置。優(yōu)選地，通常進行大規(guī)模單細胞實驗可以制作10,000至1,000,000個。優(yōu)選捕獲通孔11為多個，優(yōu)選多個捕獲通孔11陣列設(shè)置。如圖2所示，相鄰兩個捕獲通孔11之間的間距d3可以根據(jù)實際需要進行合理控制，本申請中優(yōu)選為25～150μm。將相鄰兩個捕獲通孔11之間的間距d3控制在該范圍內(nèi)具有捕獲單細胞效率較高、不易殘留細胞在芯片管道中的效果。捕獲通孔陣列設(shè)置的規(guī)模和排布方式均不限。比如，可以設(shè)置成96孔板的形式或者6孔板形式，也可以設(shè)置成單個35mm培養(yǎng)皿或者60mm培養(yǎng)皿。

在一種優(yōu)選的實施例中，如圖1和圖2所示，捕獲通孔11具有第一孔段和第二孔段，第一孔段和第二孔段之間具有臺階面，第一孔段的遠離第二孔段的一端形成進口111，第二孔段的遠離第一孔段的一端形成出口112。對于第一孔段和第二孔段的高度的控制可以根據(jù)細胞的厚度以及捕獲吸力的大小進行合理設(shè)計(如圖1所示，整個捕獲通孔的高度為h1，第二孔段的高度為h2，h2與h1的高度之比可以根據(jù)實際需要進行合理調(diào)整，本申請出于使捕獲通孔對細胞的吸力較大考慮，優(yōu)選將h2/h1的比值控制在1/15～1/2范圍內(nèi))，這種結(jié)構(gòu)能夠使細胞被“吸引”進入捕獲結(jié)構(gòu)，從而有效地捕獲單個細胞。

另一種實施例中，捕獲通孔11為錐臺形，進口111的直徑大于出口112的直徑，捕獲通孔11由進口111向出口112逐漸縮小地延伸，捕獲通孔11的孔壁與水平面的夾角在80度至85度之間。這種結(jié)構(gòu)的捕獲通孔11能夠有效地將單細胞捕獲在捕獲單元當(dāng)中，并且由于出口尺寸相對較大，“吸引”細胞進入的效果會更加明顯。

上述細胞捕獲裝置中，捕獲通孔11的結(jié)構(gòu)不限于上述情況，只要能夠捕獲單個細胞即可。相應(yīng)地，捕獲通孔11的進口111的形狀也無特別限定，包括但不僅限于圓形、橢圓形、矩形或菱形等規(guī)則的形狀，也可以是不規(guī)則形狀。

從捕獲效率高的角度考慮，進口111的尺寸要允許單個細胞進入，因此其尺寸與單個細胞的尺寸相對應(yīng)。此處“尺寸”的涵義與生物學(xué)領(lǐng)域?qū)毎笮∵M行限定的涵義相同。比如，當(dāng)細胞呈圓形時，尺寸指細胞的直徑。根據(jù)所欲捕獲的目標細胞的不同，進口111和出口112的尺寸也相應(yīng)不同。

在一種優(yōu)選的實施例中，如圖1和圖2所示，捕獲通孔11的進口111的尺寸為d2，出口112的尺寸為d1，其中，10≤d2≤30μm，2μm≤d1＜10μm。進口111的尺寸在10～30μm范圍內(nèi)，使不同類型、尺寸大小在該范圍內(nèi)的細胞都能夠進入捕獲通孔11，而將出口112的尺寸控制在2～10μm范圍內(nèi)能阻止尺寸大小在上述范圍的細胞從出口112流出。而對于

上述細胞捕獲裝置，根據(jù)使用場合和目的的不同，可以將細胞懸浮液流過上述過濾層10即可實現(xiàn)對懸浮液中細胞的捕獲。為了方便、靈活地使細胞懸浮液流過過濾層10，在本申請一種優(yōu)選的實施例中，細胞捕獲裝置還包括進樣層30，進樣層30可分離地設(shè)置在過濾層10的上端，進樣層30包括進樣通道31，進樣通道31與過濾層10的進口111相連通。在細胞被捕獲之后，可以通過有效的輕柔沖洗從而去除多余的可能層疊在過濾層10上的其他冗余細胞。

將進樣層30與過濾層10可分離地設(shè)置，便于捕獲操作完成后，直接利用過濾層10對細胞進行各種操作和觀察，比如染色和顯微觀察。

在上述裝置的基礎(chǔ)上，為了使細胞懸浮液在流過所述過濾層10時更容易地流出其中的液體，在本申請一種優(yōu)選的實施例中，細胞捕獲裝置還包括導(dǎo)流層20，導(dǎo)流層20可分離地設(shè)置在過濾層10的下端，導(dǎo)流層20包括導(dǎo)流通道21，導(dǎo)流通道21與過濾層10的出口112相連通。導(dǎo)流層20的設(shè)置能夠及時將從捕獲通孔11的出口112流出的液體排走，從而保持從進口111至出口112方向上的正向壓力，進而提高細胞捕獲速度。

將導(dǎo)流層20與過濾層10可分離地設(shè)置，便于捕獲操作完成后，直接利用過濾層10對細胞進行各種操作和觀察，比如染色和顯微觀察。

上述優(yōu)選實施例中，進樣層30和導(dǎo)流層20的具體結(jié)構(gòu)可以是管道或者圍堰等，管道或圍堰上可以根據(jù)需要設(shè)置控制細胞懸浮液流動速度和流量的元件。如能夠精確控制流速的注射泵，蠕動泵，精確定量的滴加裝置等。

為了更高效、快速地進行細胞捕獲，上述裝置中還可以包括控制流入過濾層10的細胞懸浮液的流量和速度的元件。在一種優(yōu)選的實施例中，上述細胞捕獲裝置還包括加壓元件，用于對捕獲通孔11的開口施加正向壓力，該正向壓力為氣壓或液壓。對進口111施加正向壓力有助于促進細胞流入捕獲通孔11以及加快細胞懸浮液流出，進而提高細胞捕獲速度和效率。

在另一種優(yōu)選的實施例中，上述細胞捕獲裝置還包括減壓元件，用于對捕獲通孔11的出口112施加負向壓力，該負向壓力為氣壓或液壓。對出口112施加負向壓力有助于加快懸浮液流出，實現(xiàn)快速捕獲細胞。

本申請的上述細胞捕獲裝置中過濾層10的具體材質(zhì)并無特殊限定，只要對細胞無毒害作用即可。從便于制作和觀察的角度，優(yōu)選過濾層10的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷，不僅容易利用軟刻蝕方法制備捕獲通孔11，而且透明度高，便于操作者實時觀察或在顯微鏡下直接進行拍攝成像。

對上述進樣層30和/或?qū)Я鲗?0的材質(zhì)也無特殊限定，包括但不僅限于無機玻璃、硅片、金屬或高分子材料，只要能夠起到輸送或?qū)ё呒毎麘腋∫旱淖饔眉纯?。?yōu)選，進樣層30和/或?qū)Я鲗?0的材質(zhì)為高分子材料中的聚二甲基硅氧烷，一方面透明易于觀察，另一方面與過濾層10采用相同的材質(zhì)，便于一體制作。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：通過將捕獲通孔設(shè)計為通孔結(jié)構(gòu)，使得攜帶細胞的細胞懸浮液進入捕獲通孔后液體部分能夠從出口流出，而將進口的橫截面積設(shè)計為大于出口的橫截面積，使細胞能夠被截留在捕獲通孔內(nèi)而不隨細胞懸浮液流出。根據(jù)目標細胞的大小而合理確定捕獲通孔的高度，從而使得每個捕獲通孔僅能容納一個細胞。與現(xiàn)有技術(shù)中的單細胞的捕獲裝置相比，本申請的捕獲裝置為通孔結(jié)構(gòu)，便于液體流出，在不借助外力的情況下，自身即可實現(xiàn)對細胞的捕獲。

本申請的裝置具有如下優(yōu)點：

(1)用一種簡單、廉價、易制備的裝置實現(xiàn)了單細胞的快速、高質(zhì)、高效分離和捕獲，為單細胞的后續(xù)分析提供了便利條件。

(2)本申請的裝置減少了對細胞的浪費，對珍貴細胞樣本的理論收集率達到了100％。

(3)可提供被捕獲細胞的高質(zhì)量、準確的圖像信息。并且每個單個細胞均是可以尋址地進行后續(xù)的觀測和回收。一旦被鑒定為稀有的有生物學(xué)或臨床意義的細胞就可以根據(jù)其所在捕獲孔道進行后續(xù)回收和生物學(xué)分析等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。