本發(fā)明屬于微流控，特別涉及一體化多功能集成液滴微流控芯片及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、液滴微流控技術(shù)是近年來在微流控技術(shù)上發(fā)展起來的新興技術(shù)，兩種互不相容的液體分別作為分散相和連續(xù)相，當(dāng)兩種流體流相遇時，分散相流體在連續(xù)相剪切和擠壓作用下形成微小體積單元液滴。微液滴具有比表面積大、高通量、體系封閉等特性。大的比表面積，能高效進行物質(zhì)傳遞和能量轉(zhuǎn)移，極大減少混合反應(yīng)時間；每個液滴都是一個獨立微反應(yīng)器，樣品在液滴中保持相對穩(wěn)定，避免交叉污染，這些優(yōu)勢使液滴微流控技術(shù)在生物工程、藥物篩選、功能材料合成等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。

2、單細胞研究分析是指對單個細胞進行分子或蛋白水平的分析和測量，可揭示細胞異質(zhì)性和不同細胞及細胞功能的差異，在生命科學(xué)研究、藥物研發(fā)、疾病發(fā)生發(fā)展過程及精準診療方面具有重大應(yīng)用需求。目前單b細胞篩選方式主要有微孔芯片分選、微流控液滴分選、流式細胞儀分選和macs富集篩選等。微孔芯片篩選的基本原理是在芯片上形成微孔或者小室，將細胞單個導(dǎo)入到微孔中進行檢測反應(yīng)和篩選，該技術(shù)以美國berkeley?lights公司的beacon單細胞光導(dǎo)系統(tǒng)為主要代表，但是存在篩選通量受到芯片小室數(shù)量的限制、設(shè)備和耗材成本高昂等缺陷。

3、液滴微流控分選技術(shù)可以將單個的b細胞和檢測試劑包裹在體積約為100pl的液滴中，b細胞分泌的抗體與檢測試劑發(fā)生結(jié)合反應(yīng)后再激光照射下產(chǎn)生熒光信號。在液滴分選芯片中，目標液滴內(nèi)的熒光信號可以觸發(fā)高壓輸出信號，通過芯片內(nèi)的電極產(chǎn)生高強電場對液滴進行分選。液滴微流控分選技術(shù)的細胞分選通量不受芯片大小的限制，設(shè)備及耗材成本相對可控?，F(xiàn)今市場上單細胞液滴分選微流控芯片主體分三個部分：生成、孵育和分選，需要多種設(shè)備(如，精密壓力控制泵、烘箱、激光器等)單獨控制才能實現(xiàn)相應(yīng)功能，整個實施過程分液滴生成轉(zhuǎn)移進入離心管收集、離心管保存孵育(烘箱)、離心管液滴的轉(zhuǎn)移進行分選等多個步驟。液滴反復(fù)轉(zhuǎn)移容易造成液滴的融合、步驟多、操控不便等現(xiàn)象較為突出，對大規(guī)模市場應(yīng)用造成一定的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一體化多功能集成液滴微流控芯片及其應(yīng)用，克服液滴反復(fù)轉(zhuǎn)移容易造成液滴的融合、步驟多、操控不便等缺點，具有減少篩選時間、滿足高通量需求的優(yōu)勢。

2、本發(fā)明提供了一體化多功能集成液滴微流控芯片，包括液滴生成區(qū)、生化反應(yīng)孵育區(qū)和液滴分選區(qū)；所述液滴生成區(qū)從一側(cè)依次設(shè)有油相進樣口、第一試劑進樣口、第二試劑進樣口和液滴收集口；所述液滴生成區(qū)內(nèi)部設(shè)有液滴生成區(qū)微流道；所述液滴分選區(qū)從一側(cè)依次設(shè)有排氣口、液滴進樣口、分散油進樣口、無效液滴收集口和目標液滴收集口；所述液滴分選區(qū)內(nèi)部設(shè)有液滴分選區(qū)微流道；所述生化反應(yīng)孵育區(qū)一端與所述液滴收集口相連，另一端與所述液滴進樣口相連。

3、進一步地，所述第二試劑進樣口和液滴收集口之間還設(shè)有第一“十”字型交匯口和第二“十”字型交匯口。

4、進一步地，所述液滴分選區(qū)微流道的一側(cè)設(shè)有負極金屬電極液灌注口和正極金屬電極液灌注口。

5、進一步地，所述液滴分選區(qū)微流道呈y型分叉，在電場中使得目標液滴流向目標液滴收集口，其他液滴流向無效液滴收集口。

6、進一步地，所述無效液滴收集口的一側(cè)設(shè)有激光定位點。

7、進一步地，所述排氣口連接有夾管閥。

8、進一步地，所述油相進樣口采用的油相為氟化油。

9、進一步地，所述第一試劑進樣口、第二試劑進樣口采用的試劑包括細胞、微生物、熒光微球、磁珠中的一種或幾種。

10、進一步地，所述液滴生成區(qū)、生化反應(yīng)孵育區(qū)和液滴分選區(qū)呈“之”字型相連。

11、本發(fā)明還提供了一種一體化多功能集成液滴微流控芯片在單b細胞篩選、干細胞篩選、免疫治療car-t細胞篩選、微生物菌株篩選或類器官構(gòu)建中的應(yīng)用。

12、有益效果

13、本發(fā)明實現(xiàn)了單b細胞的液滴生成、孵育及分選一體化功能集成，滿足高通量需求，有效降低了液滴融合，操控簡便且成本可控。在單克隆抗體篩選中，單b細胞篩選技術(shù)可極大提高抗體制備效率，較傳統(tǒng)雜交瘤融合技術(shù)，大幅減少篩選時間同時提高篩選成功率，成為未來單克隆抗體制備技術(shù)的發(fā)展方向。此外，基于一體化多功能集成液滴微流控芯片的分析系統(tǒng)在干細胞篩選、免疫治療car-t細胞篩選、微生物菌株篩選、類器官構(gòu)建等生物合成、疾病診斷及微生物研究多個領(lǐng)域也具有重要的科學(xué)應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：包括液滴生成區(qū)(1)、生化反應(yīng)孵育區(qū)(9)和液滴分選區(qū)(10)；所述液滴生成區(qū)(1)從一側(cè)依次設(shè)有油相進樣口(2)、第一試劑進樣口(3)、第二試劑進樣口(4)和液滴收集口(5)；所述液滴生成區(qū)(1)內(nèi)部設(shè)有液滴生成區(qū)微流道(6)；所述液滴分選區(qū)(10)從一側(cè)依次設(shè)有排氣口(11)、液滴進樣口(12)、分散油進樣口(13)、無效液滴收集口(14)和目標液滴收集口(15)；所述液滴分選區(qū)(10)內(nèi)部設(shè)有液滴分選區(qū)微流道(17)；所述生化反應(yīng)孵育區(qū)(9)一端與所述液滴收集口(5)相連，另一端與所述液滴進樣口(12)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述第二試劑進樣口(4)和液滴收集口(5)之間還設(shè)有第一“十”字型交匯口(7)和第二“十”字型交匯口(8)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴分選區(qū)微流道(17)的一側(cè)設(shè)有負極金屬電極液灌注口(18)和正極金屬電極液灌注口(19)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴分選區(qū)微流道(17)呈y型分叉，在電場中使得目標液滴流向目標液滴收集口(15)，其他液滴流向無效液滴收集口(14)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述無效液滴收集口(14)的一側(cè)設(shè)有激光定位點(20)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述排氣口(11)連接有夾管閥(16)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述油相進樣口(2)采用的油相為氟化油；所述第一試劑進樣口(3)、第二試劑進樣口(4)采用的試劑包括細胞、微生物、熒光微球、磁珠中的一種或幾種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴生成區(qū)(1)、生化反應(yīng)孵育區(qū)(9)和液滴分選區(qū)(10)呈“之”字型相連。

9.一種如權(quán)利要求1所述的一體化多功能集成液滴微流控芯片在單b細胞篩選、干細胞篩選、免疫治療car-t細胞篩選、微生物菌株篩選或類器官構(gòu)建中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一體化多功能集成液滴微流控芯片及其應(yīng)用，所述一體化多功能集成液滴微流控芯片包括液滴生成區(qū)(1)、生化反應(yīng)孵育區(qū)(9)和液滴分選區(qū)(10)。本發(fā)明實現(xiàn)了單B細胞的液滴生成、孵育及分選一體化功能集成，滿足高通量需求，有效降低了液滴融合，操控簡便且成本可控。本發(fā)明在干細胞篩選、免疫治療CAR?T細胞篩選、微生物菌株篩選、類器官構(gòu)建等生物合成、疾病診斷及微生物研究多個領(lǐng)域也具有重要的科學(xué)應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：趙輝,高則航,閻泓序,賈春平,趙建龍
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8