离心式微流控芯片片上一种单细胞捕获结构

本文提出一种捕获单个细胞并对捕获到的单个细胞使用 PCR 进行特定基因测序的离心式微流控芯片。

该装置采用 5000 rpm 的离心力 30s 便可将细胞悬浮液中的细胞捕获到设计好的 U 型腔室中进行 PCR 扩增；

芯片简介

芯片结构如下图所示，该芯片直径 95 mm，进液孔/出液孔 2 mm，由 24 个微通道 (宽：100 um)，每个通道集成 313 个 U 型微腔，即总共有 7512 个微腔(宽：300 um、高：200 um、深: 46 um)组成，腔室之间间隔 200 um (为辨别PCR 产物的荧光图像)。

图 1 芯片结构

将 1 ul 含有细胞的 PCR 混合物在芯片上以 30 s 5000 rpm 的速度流入微腔，一个微腔大约容纳1.5 nL PCR 混合物 (1.5 nl x 7512 = 11268 nl )，通道中多余的溶液通过离心力排出。

图 2 芯片局部放大图

微通道：从芯片中心到外围设计成曲折形；目的：在无微泵情况下，通过采用离心力可驱动液体流动，尤其对同一方向不断施加离心力这种情景极其有力；

图 3 U 型腔结构

DNA 扩增与检测

U 型腔中捕获到单个细胞后，立即对进液腔、出液腔进行密封，其目的为避免扩增过程中试剂挥发，同时保证 PCR 循环期间通道可以保持持续的湿润性；

随后，将芯片放到定制 PCR 扩增仪器上， 热循环初始设置 95 摄氏度 2 min 用于裂解捕获到的细胞；紧接着进行 PCR 扩增，其中 95 摄氏度 5 s，55 摄氏度 10 s，72 摄氏度 10 s 循环 20 - 50 次，每次循环后随机检测 20 个微腔中的荧光强度；最后扩增后的 PCR 产物通过特定装置进行分析；

相关细节

1. PCR 扩增过程中的荧光标记采用特异性荧光标记 TaqMan，FAM 探针；

2. 如何确保试剂分布到所有微通道中的微腔中？

通过注入与试剂等体积的 dye solution，随后在荧光显微镜下观察；结果发现所有腔室中包含 dye solution 的比率大约为 98.42 ± 0.77 %；

图 4

3. 文章采取 40 次 PCR 循环。每进行一次 PCR 循环便随机检测 20 个微腔中的荧光强度，荧光强度与 PCR 循环次数如图 4 所示；

图 5

4. 如图 5 所示，本文分析了细胞捕获效率与泊松分布之间的关系,并将理论值与实验值进行了比较。

参考文献：

Compact disk (CD)-shaped device forsingle cell isolation and PCR of a specific gene in the isolated cell.

来源：POCT分子诊断

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