一种微流控芯片制造技术

一种微流控芯片，所述微流控芯片包括微流道，以及至少一个内嵌于微流道中的双层微粒捕获腔室；各双层微粒捕获腔室包括第一微粒捕获腔室和位于其下方的第二微粒捕获腔室，且第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室的顶部相互连通；第一微粒捕获腔室底部截面直径大于第二微粒捕获腔室顶部开口截面直径；且第二微粒捕获腔室顶部开口截面直径等于底部截面直径。使用本实用新型专利技术的微流控芯片，可有效防止捕获的微粒因后续操作导致的溶液扰动而再次溢出，并能够防止捕获腔室之间信息的交叉污染。染。染。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片


[0001]本技术涉及微流控芯片领域，具体涉及一种微流控芯片。

技术介绍

[0002]细胞是生命组成及生命活动的基本单位。复杂生命体通过细胞之间相互协作实现复杂的生命功能。但是传统基于群体的细胞生物学研究方法平均化了细胞的信息，掩盖了细胞之间的异质性以及稀少细胞的信息，使人们无法清晰的认识每个细胞在生命体中扮演的不同角色。随着高通量测序以及微流控技术的进步，单细胞测序技术也得到了巨大的进展，使人们能够揭露细胞之间的异质性有了更全面的了解。从单细胞水平进行分析，能够使人们对细胞活动，疾病产生与治疗以及生命的本质的理解提供更丰富和可靠的信息。
[0003]目前对单细胞测序技术来说，面临着单细胞个体小，很难高效快速分隔单细胞；物质含量低，物质在分析处理过程中很容易损失等挑战。
[0004]微流控芯片又称为芯片实验室，指的是一种将化学和生物等实验中涉及到的样品的前处理、样品的分离、反应、检测、分析、输送、贮存等步骤集成到一块只有平方厘米级别的微型芯片上的操作平台上。它由于具备的体积小、试剂消耗少、通量高、分析速度快、和集成化等优点在单细胞分析方面有着广泛的应用。
[0005]但是现在的单细胞测序技术在分隔细胞时，依然存在着大量单细胞丢失，需要复杂的仪器精准操控，成本高等问题。比如在Cell上发表的文章(Macosko et al.,2015, cell:161,1202
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1214；Klein et al.,2015,Cell 161,1187
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1201)报道的液滴微流控与编码微球相结合的方法，通过泊松分布实现细胞与编码微球的配对。但是这种基于泊松分布方式的配对方法只能分析大量细胞样品中少量细胞的分析，存在着大量的细胞损失。并且该方法需要精准的仪器对流体进行操控实现微液滴的生成，增加了样品制备的复杂度，并且也增加了成本。
[0006]除了使用液滴微流控，还有一些利用微阵列的方法对细胞或者微球进行分隔。比如发表在Science上的文章(Fan et al.,2015,science:347,1258367)，以及相对应的专利(Fan et al.,WO 2015031691)通过泊松分布的方式将细胞分隔在微阵列中，并且在阵列中与编码微球进行配对，实现了大量单细胞基因表达的同时分析。比如发表在Nature Methods上的文章(Gierahn et al.,2017,Nature Methods:14,395
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398)以及相对应的专利(Gierahn et al.,US 2019/0144936)，通过泊松分布的方式将细胞分隔在微阵列中，并且在阵列中与编码微球进行配对。与Cyto
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Seq不同的是，该方法通过将一张半透膜覆盖着芯片表面，阻止了mRNA分子扩散，增加了编码微球对mRNA 分子的捕获效率。比如发表在Cell上的文章(Han et al.,2018,Cell:172,1091
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1107)，通过泊松分布的方式将细胞分隔在微阵列中，并且在阵列中与编码微球进行配对，实现了单细胞水平上的图谱分析。
[0007]但是以上的方法都存在一个问题，为了保证每个孔中单细胞的存在，必须通过泊松分布的方式在阵列上分隔细胞。这样会导致大量的微孔没有被利用，造成大量的浪费。另外，由于阵列上需要细胞与编码微球进行配对，因此阵列的尺寸明显大于细胞，所以有可能
会导致一些由多个细胞组成的细胞团会进入微孔。因此在分隔细胞前，需要对细胞样品进行过滤处理，去掉悬浮液中的细胞团，而这一过程会导致细胞的丢失。另外在细胞与微球配对完后，后续的操作也会造成溶液的扰动，这些都有可能导致已经入微孔的细胞从微孔中出来，导致细胞的进一步丢失。这对于单细胞分析，尤其是稀少细胞的分析是及其不利的。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供以下微流控芯片，其可有效防止捕获腔室中捕获的微粒因后续操作导致的溶液扰动而再次溢出，并能够防止捕获腔室之间遗传信息的交叉污染。
[0009]就此，提供一种微流控芯片，其包括微流道，以及至少一个内嵌于所述微流道中的双层微粒捕获腔室；其中，
[0010]每个双层微粒捕获腔室包括分别用于捕获第一微粒和第二微粒的第一微粒捕获腔室和第二微粒捕获腔室，所述第一微粒捕获腔室位于第二微粒捕获腔室的上方，且第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室的顶部相互连通,所述第二微粒捕获腔室顶部开口的截面面积等于第二微粒捕获腔室底部的截面面积。
[0011]所述第一微粒捕获腔室底部截面的面积大于所述第二微粒捕获腔室顶部开口的截面面积。
[0012]所述捕获流道用于分别使包含第一微粒的流体和包含第二微粒的流体流至所述双层微粒捕获腔室，以使所述第一微粒和第二微粒分别被所述第一微粒捕获腔室和第二微粒捕获腔室捕获。
[0013]于第一微粒捕获腔室捕获的微粒体积通常大于第二微粒捕获腔室捕获的微粒体积。通过限定第一和第二微粒捕获腔室的大小，可保证上下两层微粒捕获腔室均只能捕获一个微粒。第一微粒捕获腔室的存在可以降低流体于第二微粒捕获腔室中的流速，这因为芯片微通道中的流体以层流方式流动，微流道中的流体对第一微粒捕获腔室中的流体扰动影响很小，因此第一微粒捕获腔室里的流速与芯片微流道的流速大大降低。同理，第一微粒捕获腔室里的流速对第二微粒捕获腔室的流体影响也很小，第二微粒捕获腔室中的流体速度同样降低，使得微粒被捕获后逃逸的可能性大大减小。
[0014]在一些实施方案中，所述第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室顶部共用同一开口。另一些实施方案中，所述第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室顶部通过连接通道连通。
[0015]在一些实施方案中，所述第一微粒捕获腔室与所述第二微粒捕获腔室的横截面形状分别为圆形或者多边形(例如三角形、四边形、五边形、六边形等)，优选为圆形、四方形、六边形。当第一微粒捕获腔室的横截面形状为多边形，特别是六边形时，适于在相同芯片大小下设置更多的捕获腔室。当横截面为圆形时，内切圆及其本身。
[0016]所述第一微粒捕获腔室与所述第二微粒捕获腔室的截面形状可以是相同的，也可以是不同的。
[0017]在优选的方案中，所述第一微粒捕获腔室顶部和底部的横截面形状均为圆形，且直径相同；另一些方案中，所述第一微粒捕获腔室与所述第二微粒捕获腔室的横截面形状分别为四边形；另一些方案中，所述第一微粒捕获腔室横截面形状为圆形，所述第二微粒捕
获腔室的横截面形状分别为四边形；另一些方案中，所述第一微粒捕获腔室横截面形状为六边形，所述第二微粒捕获腔室的横截面形状分别为四边形，例如方形。所述第一微粒捕获腔室顶部开口和底部的横截面形状均为四边形，且顶部开口四边形面积小于底部开口四边形面积。
[0018]在一些实施方案中，所述第一微粒捕获腔室截面的内切圆直径为5微米～1000微米，优选20微米～200微米；所述第二微粒捕获腔室本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，包括微流道，其特征在于：还包括至少一个内嵌于所述微流道中的双层微粒捕获腔室；其中，每个所述双层微粒捕获腔室包括分别用于捕获第一微粒和第二微粒的第一微粒捕获腔室和第二微粒捕获腔室，所述第一微粒捕获腔室位于第二微粒捕获腔室的上方，且第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室的顶部相互连通，所述第二微粒捕获腔室顶部开口的截面面积等于第二微粒捕获腔室底部的截面面积。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一微粒捕获腔室底部截面的面积大于所述第二微粒捕获腔室顶部开口截面面积。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室顶部共用一个开口；或者所述第一微粒捕获腔室的底部与第二微粒捕获腔室顶部通过连接通道连通。4.根据权利要求1或2或3所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一微粒捕获腔室与所述第二微粒捕获腔室的横截面形状分别为圆形或者多边形。5.根据权利要求1或2或3所述的微流控芯片，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朝勇，尹坤，朱志，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：