一種基于壓力吸吮的細胞/顆粒分選系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物技術和儀器科學領域，具體的說是利用壓力吸吮的原理構建實現(xiàn)流動狀態(tài)下特定細胞/顆粒與群體分離的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]細胞是生物體結構和功能的基本單位，對單細胞個體差異性機制的研究，可以揭示癌癥發(fā)病機制，理解細胞分化與組織發(fā)育原理，識別基因表達特性與細胞特征。
[0003]快速識別、分離獲取特定功能表型的單細胞成為單細胞分析的關鍵技術。流式細胞分選儀在單細胞分選和分析方面的重要儀器平臺，是分離細胞的有效手段。然而由于絕大多數(shù)活體細胞本身熒光效應較弱或沒有熒光，外加熒光標記不適用于活體細胞篩選。另外實現(xiàn)其細胞的物理分離方法相對復雜。單細胞拉曼光譜能提供細胞內(nèi)核酸、蛋白質、月旨質含量等大量信息，可在非標記的條件下實時動態(tài)地監(jiān)測細胞分子結構變化，亦可獲得細胞的"分子指紋"，具有敏感性高、實時檢測、活樣品不需固定或染色、不損傷細胞等眾多特點。當其與微流控技術結合，可實現(xiàn)拉曼光譜激活活體單細胞分選。
[0004]目前在微流控芯片平臺上已經(jīng)實現(xiàn)的驅動細胞分選/分離的方法包括:電場力、介電力、光鑷、壓力驅動等。壓力驅動包括脈沖激光產(chǎn)生氣泡推動、電熱產(chǎn)生氣泡推動，這些都是基于壓力推動細胞/顆粒偏離流型進入分選通道。另外還有通過電磁閥控制外界壓力的開關，實現(xiàn)待分選細胞/顆粒偏轉流型進入分選通道，這種方法相對簡單，易于實現(xiàn)，但采用這種利用電磁閥打開后聯(lián)通外界壓力實現(xiàn)細胞/顆粒偏轉的方法存在一個無法克服的缺陷，即當電磁閥打開的一瞬間對液體的吸吮作用會擾動流體在微通道中的流型，尤其是在需要精確控制夾流從而實現(xiàn)單細胞流通過檢測點的細胞/顆粒分選系統(tǒng)中的應用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于壓力吸吮的細胞/顆粒分選系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:一種基于壓力吸吮的細胞/顆粒分選系統(tǒng)，其特征在于，包括:分選控制器、壓力控制單元、電磁閥、液體導管、細胞/顆粒信號檢測器、微流控芯片；
[0007]所述細胞/顆粒信號檢測器，連接微流控芯片的分選細胞/顆粒出口，用于采集流經(jīng)該出口的細胞/顆粒信號；
[0008]所述分選控制器，連接細胞/顆粒信號檢測器，用于將所采集的細胞/顆粒信號與設定的分選規(guī)則進行比對，判定所采集的細胞/顆粒信號是否滿足分選條件，并將判定結果發(fā)送到壓力控制單元；
[0009]所述壓力控制單元，用于根據(jù)判斷結果控制電磁閥的開啟；
[0010]所述電磁閥，通過液體導管連接微流控芯片的分選細胞/顆粒出口 ；[0011 ] 微流控芯片，用于細胞/顆粒懸液在外力驅動下在微通道內(nèi)定向流動。
[0012]所述細胞/顆粒信號采集分析單元是由高速相機、熒光檢測器、拉曼光譜檢測器和阻抗檢測器等其中一種或數(shù)種檢測器和相應的控制軟件構成。
[0013]所述微流控芯片由上下兩層鍵和而成，形成用于流體通過的微通道；所述微通道接口包括夾流緩沖液入口、細胞懸液入口、廢液出口、分選細胞/顆粒出口；下層設有電極對，距離為15-30微米。
[0014]所述微通道為20-150微米寬，10-50微米深的微通道網(wǎng)絡。
[0015]所述微流控芯片的材質為塑料，玻璃或石英。
[0016]所述壓力控制單元包括:壓力源、微量液體電磁閥、壓力控制單元、液體連接微導管。
[0017]所述壓力控制單元用于控制電磁閥的開關，所述壓力源連接電磁閥入口，電磁閥出口通過液體連接導管與所述微流控芯片的連接口相連。
[0018]所述壓力源為靜壓力或者低壓氣瓶。
[0019]一種基于壓力吸吮的細胞/顆粒分選方法，包括以下步驟:
[0020]液體注入:壓力驅動細胞懸液和夾流緩沖液分別經(jīng)細胞懸液入口和夾流緩沖液入口在微通道中流動，調節(jié)細胞和緩沖液的流速，實現(xiàn)穩(wěn)定的單細胞夾流；
[0021 ] 細胞/顆粒信號采集和判別:當單細胞/顆粒流經(jīng)細胞/顆粒信號檢測器時，將所采集的細胞/顆粒信號與設定的分選規(guī)則進行比對，判定所采集的細胞/顆粒信號是否滿足分選條件，并將判定結果發(fā)送到壓力控制單元；
[0022]細胞/顆粒的壓力吸吮分選:當壓力控制單元中接收到的判定結果為“是”時，壓力控制單元產(chǎn)生高電平開啟電磁閥，在電磁閥開啟的瞬間產(chǎn)生一個吸吮效應，將細胞/顆粒吸入分選細胞/顆粒出口。
[0023]所述電磁閥開啟后20-30毫秒之內(nèi)自動關閉。
[0024]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0025]1.本發(fā)明有效地利用電磁閥開關的原理，設計利用壓力吸吮實現(xiàn)特定細胞/顆粒與群體分離的系統(tǒng)和方法。
[0026]2.本發(fā)明提供的技術方法能有效解決由于壓力驅動分選對微流體通道內(nèi)流型干擾的問題，提供了一套簡單可行、適用于不同檢測方法的壓力驅動細胞/顆粒分選系統(tǒng)和方法。
【附圖說明】
[0027]圖1為基于壓力吸吮的細胞/顆粒分選微流控芯片示意圖；
[0028]其中，1、夾流緩沖液入口 ；2、細胞懸液入口 ；3、廢液出口 ；4、分選細胞/顆粒出口，用于經(jīng)液體導管10與電磁閥9相連；5,6、電極對,與高頻交流信號發(fā)生器輸出相連；
[0029]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖，
[0030]其中，7、分選控制器；8、壓力控制單元；9、電磁閥；10、液體導管；11、細胞/顆粒信號檢測器；12、微流控芯片。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0032]實施例1:基于壓力吸吮拉曼激活單細胞分選
[0033]如圖1、2所示，本實例所構建的石英微流控芯片用于流動狀態(tài)下基于壓力吸吮拉曼激活單細胞分選，其芯片結構見圖1，其中包括1、精密微泵或靜壓力驅動夾流緩沖液入口 ；2、精密微泵或靜壓力驅動細胞懸液入口 ；3、廢液出口 ；4、分選細胞/顆粒出口，用于經(jīng)液體導管10與電磁閥9相連；5，6、電極對,與高頻交流信號發(fā)生器輸出相連。芯片由上下兩層石英基體組成，蓋片上包括20-150微米寬，10-50微米深的微通道網(wǎng)絡采用濕法刻蝕而得，下層石英基片上微電極結構采用光刻和電極刻蝕液蝕刻而得。上下石英基片經(jīng)清洗，在顯微鏡下精確對準，然后真空加熱加壓鍵合。電極對5、6通過導線與信號發(fā)生器相連。芯片出口和入口通過固定接口和微管與外界相連，實現(xiàn)細胞/顆粒的導入和分離導出。本實例所述的芯片和相關方法實現(xiàn)流動狀態(tài)下基于壓力吸吮拉曼激活單細胞分選。酵母細胞經(jīng)PBS緩沖液稀釋為106-107個/毫升，經(jīng)靜壓力或微量注射泵推動以0.1-100毫米/秒速度流動，啟動信號發(fā)生器周期性產(chǎn)生5-12伏特，頻率為0.5兆到10兆赫茲的高頻電壓信號，當酵母細胞流經(jīng)電極對5、6時，在介電作用下瞬間捕獲細胞，啟動分選控制器7和細胞/顆粒信號檢測器11開始采集酵母細胞拉曼光譜信號并與判別規(guī)則比對。當細胞滿足分選條件時，觸發(fā)壓力控制單元10使電磁閥9迅速完成打開/關閉動作，待分選細胞被吸吮進入分選細胞/顆粒出口 4所在的細胞采集通道，不滿足條件的細胞直接通過廢液出口 3流入廢液池中。
[0034]實施例2:基于壓力