一种用于单细胞分选的离心生物芯片及其设计方法与流程

本发明涉及微流控生物芯片技术，具体说是一种用于单细胞分选的离心生物芯片及其设计方法。

背景技术：

1、在生物、医学等领域，细胞分选和表征技术可以快速分离所需的亚群进行鉴定和监测，以进行临床诊断。如在单细胞水平上了解患者实体肿瘤的异质性可以使针对多种细胞亚型的治疗成为可能，从而提高存活率。现有的单细胞分选主要有微针吸取法、显微切割、有限稀释法、微孔阵列和基于微流控的分选方法等。而微流控生物芯片技术在细胞分选方面具有良好的优势，它使原来必须在一个综合实验室内完成的工作减缩在一张芯片上，不仅减少了检测和试剂的消耗，大大降低了成本，而且大大提高了分析速度。目前，进行单细胞分选的微流控生物芯片主要是在芯片中央设置进样孔、周围设置数个出样孔，并采用注样器手动将样品注入进样孔，在注射压力下，样品流向出样孔以实现单细胞分选。该类生物芯片不仅分选效率较低，而且由于注样压力不便控制，可能存在很大部分的单细胞难流入出样孔，也可能存在细胞样品容易溢出出样孔的现象，从而导致分选成功率较低。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种分选效率较高且可提高分选成功率的用于单细胞分选的离心生物芯片及其设计方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于单细胞分选的离心生物芯片，其包括在可离心旋转的盘片上设置的数个单细胞分选区，在每一个分选区靠近盘片圆心的区域开设有进样孔、在远离所述盘片圆心的区域开设有数个出样孔，所述盘片内设有数条分选流道，滴加至所述进样孔的细胞样品在所述盘片的旋转离心力的驱动作用下分别流入数条分选流道进行单细胞分选，分选后的单细胞流入对应的出样孔；所述数个出样孔分成数组，每一组出样孔分布在所述盘片的同一半径的圆弧上；所述盘片内设有与所述进样孔连通的数个分样孔，流入每一个分样孔内的细胞样品通过所述分选流道流向对应组的出样孔，每一个分样孔所在所述盘片的圆弧半径小于与其对应组的出样孔所在盘片的圆弧半径。

3、作为优选，数个分样孔包括沿半径方向分布的孔径依次减小的数级分样孔，其中最大孔径的一级分样孔通过直线通道与所述进样孔连接，一级分样孔、二级分样孔至最后级分样孔通过直线通道依次连接，每级分样孔通过分选流道与对应的一组出样孔连接。

4、作为优选，每级分样孔设置一个，靠近所述进样孔的一组出样孔分别通过分选流道与该进样孔连通，远离所述进样孔的每一组出样孔通过分选流道与对应级的分样孔连通；所述进样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入所述一级分样孔，每级分样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入相邻的下级分样孔。

5、作为优选，每级分样孔设置为两个，每级的两个分样孔分布在所述盘片的同一半径的圆弧上，所述进样孔内的细胞样品通过直线通道分别流入两个一级分样孔，每级分样孔中的一个分样孔通过分选流道与一组出样孔中对应一侧的数个出样孔连通，每级分样孔中的一个分样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入相邻的下级分样孔中对应的一个分样孔内。

6、作为优选，每一条分选流道采用螺旋微流道，其截面直径为30-50微米。

7、作为优选，每一个出样孔呈外侧直径大、内侧直径小的锥形，每一条分选流道连接至对应出样孔的轴向方向的中部。

8、作为优选，所述盘片包括至少两层，所述进样孔和每一个出样孔均从盘片上层开设至盘片下层，每一个分样孔开设在盘片下层。

9、作为优选，所述直线通道的一部分和分选流道的一部分均开设在所述盘片下层的顶面、另一部分均开设在所述盘片上层的底面，盘片上、下两层密封叠置在一起形成完整的直线通道和分选流道。

10、本发明还提供一种用于单细胞分选的离心生物芯片的设计方法，其在每一个分选区，细胞样品从进样孔经分选流道流入每一个出样孔的时间相等，根据该时间、盘片的转速和每一个出样孔所在的圆弧位置设计进样孔到每一个出样孔的路径。

11、作为优选，所述路径的长度通过采用螺旋微流道的所述分选流道的螺旋数量和直径进行调整。

12、从以上技术方案可知，本发明采用离心旋转式生物芯片将现有的手动注样驱动方式取代为自动离心驱动方式，从而可通过移液枪将样品自动滴加至进样孔，再通过离心机驱动芯片离心旋转以进行单细胞分选，实现了分选的自动化，大大提高了分选效率。同时，通过控制离心机的旋转速度可以控制细胞样品的流动速度，并通过细胞样品的不同路径设计可保证单细胞同时达到数个出样孔，从而提高分选的成功率。

技术特征：

1.一种用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：包括在可离心旋转的盘片上设置的数个单细胞分选区，在每一个分选区靠近盘片圆心的区域开设有进样孔、在远离所述盘片圆心的区域开设有数个出样孔，所述盘片内设有数条分选流道，滴加至所述进样孔的细胞样品在所述盘片的旋转离心力的驱动作用下分别流入数条分选流道进行单细胞分选，分选后的单细胞流入对应的出样孔；所述数个出样孔分成数组，每一组出样孔分布在所述盘片的同一半径的圆弧上；所述盘片内设有与所述进样孔连通的数个分样孔，流入每一个分样孔内的细胞样品通过所述分选流道流向对应组的出样孔，每一个分样孔所在所述盘片的圆弧半径小于与其对应组的出样孔所在盘片的圆弧半径。

2.根据权利要求1所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：数个分样孔包括沿半径方向分布的孔径依次减小的数级分样孔，其中最大孔径的一级分样孔通过直线通道与所述进样孔连接，一级分样孔、二级分样孔至最后级分样孔通过直线通道依次连接，每级分样孔通过分选流道与对应的一组出样孔连接。

3.根据权利要求2所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：每级分样孔设置一个，靠近所述进样孔的一组出样孔分别通过分选流道与该进样孔连通，远离所述进样孔的每一组出样孔通过分选流道与对应级的分样孔连通；所述进样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入所述一级分样孔，每级分样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入相邻的下级分样孔。

4.根据权利要求2所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：每级分样孔设置为两个，每级的两个分样孔分布在所述盘片的同一半径的圆弧上，所述进样孔内的细胞样品通过直线通道分别流入两个一级分样孔，每级分样孔中的一个分样孔通过分选流道与一组出样孔中对应一侧的数个出样孔连通，每级分样孔中的一个分样孔内经分选流道流出后剩余的细胞样品流入相邻的下级分样孔中对应的一个分样孔内。

5.根据权利要求1所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：每一条分选流道采用螺旋微流道，其截面直径为30-50微米。

6.根据权利要求1所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：每一个出样孔呈外侧直径大、内侧直径小的锥形，每一条分选流道连接至对应出样孔的轴向方向的中部。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：所述盘片包括至少两层，所述进样孔和每一个出样孔均从盘片上层开设至盘片下层，每一个分样孔开设在盘片下层。

8.根据权利要求7所述用于单细胞分选的离心生物芯片，其特征在于：所述直线通道的一部分和分选流道的一部分均开设在所述盘片下层的顶面、另一部分均开设在所述盘片上层的底面，盘片上、下两层密封叠置在一起形成完整的直线通道和分选流道。

9.一种权利要求1-8中任意一项所述用于单细胞分选的离心生物芯片的设计方法，其特征在于：在每一个分选区，细胞样品从进样孔经分选流道流入每一个出样孔的时间相等，根据该时间、盘片的转速和每一个出样孔所在的圆弧位置设计进样孔到每一个出样孔的路径。

10.根据权利要求9所述用于单细胞分选的离心生物芯片的设计方法，其特征在于：所述路径的长度通过采用螺旋微流道的所述分选流道的螺旋数量和直径进行调整。

技术总结本发明涉及微流控生物芯片技术，具体是一种用于单细胞分选的离心生物芯片及其设计方法，其中离心生物芯片包括在可离心旋转的盘片上设置的数个单细胞分选区，在每一个分选区靠近盘片圆心的区域开设有进样孔、在远离所述盘片圆心的区域开设有数个出样孔，所述盘片内设有数条分选流道，滴加至所述进样孔的细胞样品在所述盘片的旋转离心力的驱动作用下分别流入数条分选流道进行单细胞分选，分选后的单细胞流入对应的出样孔。本发明采用离心旋转式生物芯片将现有的手动注样驱动方式取代为自动离心驱动方式，从而可通过移液枪将样品自动滴加至进样孔，再通过离心机驱动芯片离心旋转以进行单细胞分选，大大提高了分选效率和分选的成功率。技术研发人员：王琦,罗维湘受保护的技术使用者：长沙普方德生物科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20