一种分选装置及趋性目的物分选方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型生物体分选和微流控分析领域，特别涉及一种分选装置及微型生物体分选方法。
【背景技术】
[0002]趋性是一种生物(或细胞及多细胞生物)特有的重要生理行为反应，指其对一指向性刺激(由特定方向给的刺激)，而会有趋进(正趋性)或远离(负趋性)刺激源的动作。趋性和向性不同，生物的趋性有移动性且显现出趋进至远离刺激源指向运动(K.S.Charles, Animal Ecology.1961) ο其中趋化性是指生物细胞感应外界化学刺激，做出定向移动的行为。趋化性广泛存在于多种生物细胞内，具有很强的特异性和选择性。趋化行为也是众多微生物适应环境变化、优化生存方式的基本生物属性，使得微生物在寻找食物或者逃避毒性环境等方面，具有生存竞争优势(J.Adler，et al., Chemotaxisin bacteria.Science.1966,12,153.；L.D.Miller,et al., Diversity in bacterialchemotactic responses and niche adaptat1n.Adv.Appl.Microb1l.2009，66:53)。除了趋化性，很多生物在漫长的进化过程中，还发展出了对各种物理刺激的趋性，如趋光性，趋温性，趋磁性等。研宄这些具有特殊趋性的微生物的趋性机制，对于阐明生物刺激相应的机理，讯号传导过程，微生物代谢途径等具有重要意义。基于微生物趋性可以带来许多重要的生物技术的突破，如污染物治理，石油微生物勘探，生物传感器等。
[0003]传统方法对于趋化性的研宄方法包括游动平板法(Swarm plate assay)、滴定分析法(Drop assay)、琼脂糖塞子法(Agarose plug assay)、毛细管法(Capillary assay)、数量分析法(Quantificat1n assay)等，其主要缺陷在于难以形成稳定的趋化效应物浓度梯度，实验的误差较大，重现性差，难以精确定量。微流控是近几年发展起来的一种利用微米尺寸的通道网络进行精确生化流体操控的技术和方法。微流控芯片的尺寸与细胞及微生物尺度匹配，流体的流动在微尺度下主要是层流，物质的扩散可以精确的进行调控，具有控制简便、耗样量小、检测灵敏的优点，在生物分析中得到了广泛应用。目前已有通过层流建立梯度浓度(N.L.Jeon, S.K.ff.Dertinger, D.T.Chiu, 1.S.Choi, A.D.Stroock and G.M.Whitesides, Langmuir, 2000, 16, 22)，并对细胞的趋化性进行分析的技术出现(H.Mao, P.S.Cremer and M.D.Manson.A sensitive,versatile microfluidic assay for bacterialchemotaxis.PNAS.2003，29，100)。然而，在芯片上对微生物趋性进行定量研究仍然面临以下困难:
[0004](I)处于运动的细胞很难在明场下精确观察和计数，因此通常采用荧光蛋白标记的方法使细胞能在荧光显微镜下观察。然而，对许多微生物和动物细胞的荧光标记较为困难，且有可能影响细胞的活性和趋化性；且通常的荧光显微镜价格昂贵，限制了芯片方法的推广。
[0005](2)细胞的趋性是后续实验的开端，对于具有趋性的细胞，根据研宄兴趣和目标的不同，需要进行一系列实验，包括降解能力测试、细胞类型鉴定、生长条件优化、以及趋性细胞对各种物理刺激的耐受能力的测试等。对于这些测试，目前仍依赖于离线的手工方法进行，费时费力，这与连续高通量的微流控趋性分离芯片难以匹配。
[0006](3)对于趋性细胞的分析，目前仍然以群体细胞作为分析对象，如何做到对大批量的单细胞进行精确的定量分析和分离培养是一个难题。
[0007]因此，提供一种分选装置及微型生物体分选方法具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供一种分选装置及微型生物体分选方法。在微流控芯片中提供外部刺激容易量化，并能够层流状态下保持稳定；微型生物体趋性响应的空间、时间等可以通过流动的变化进行精确调节；包裹单个微型生物体的液滴使分选后的趋性微型生物体可以直接进行批量化的操作、培养以及统计分析，减少了人为干预和交叉污染，可以应用于特殊趋性的细菌、真菌、藻类、动物细胞等的大批量筛选、获取和分析。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案:
[0010]本发明提供了一种微型生物体分选装置，包括层流分离装置和微型生物体液滴生成装置，所述层流分离装置与所述微型生物体液滴生成装置连接设置。
[0011 ] 在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置为微流控芯片，层流流动及液滴生成都是在微流控芯片通道内进行的。所述微流控芯片的构型为一扁平的长方形的微流控通道，趋性分离微室的优化宽度在10 μ m至50mm之间，优化长度在20 μ m至500mm之间，深度在I μ m至5mm之间。
[0012]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中层流分离装置为趋性层流分离微室，所述趋性层流分离微室含有两个以上的溶液进入通道，其中至少一个通道用于引入微型生物体悬液。
[0013]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述层流分离装置包括待测样品进样口 5。
[0014]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述层流分离装置还包括层流液第一进样口 6。在本发明的一些具体实施方案中，层流液第一进样口 6可以通入缓冲液或逆趋化物溶液。
[0015]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述层流分离装置还包括层流液第二进样口 7。在本发明的一些具体实施方案中，层流液第二进样口 7可以通入正趋化物溶液或缓冲液。
[0016]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微型生物体层流分离装置具有两个以上的溶液出口通道。
[0017]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微型生物体液滴生成装置中水相液流与油相液流在微通道内汇流，并形成油包水的水相液滴。在本发明的一些具体实施方案中，生成的液滴的大小为IpL至10 μ L。
[0018]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述层流分离装置与所述微型生物体液滴生成装置连接，即所述层流分离装置的至少一个液体出口通道与所述微型生物体液滴生成装置连接。在本发明的一些具体实施方案中，趋性层流分离微室的至少一个液体出口通道与一个液滴生成结构相连。
[0019]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微型生物体液滴生成装置包括混合溶液进样口 9 ;混合溶液可以是培养基，微型生物体检测指示剂，代谢底物和微型生物体裂解液等。用于引入培养基、微型生物体指示剂、微型生物体代谢转化底物、微型生物体裂解液等培养和测试试剂。
[0020]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微型生物体液滴生成装置还包括载流油相进样口 10。
[0021]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微流控微型生物体分选装置还包括收集装置。
[0022]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述收集装置包括趋化微型生物体收集装置12和液滴收集装置11。
[0023]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微流控微型生物体分选装置还包括液滴存储装置13。
[0024]在本发明的一些实施例中，微型生物体分选装置中所述微流控微型生物体分选装置还包括废液收集装置8。
[0025]本发明还提供了上述微型生物体分选装置在分选趋性微型生物体中的应用。
[0026]本发明还提供了一种基于上述微型生物体分选装置的分选趋性微型生物体的方法，将待测样品引入所述层流分离装置，经趋性定向迀移，所述待测样品中的趋性微型生物体在所述微型生物体液滴生成装置中被包裹在油包水液滴中，收集所述趋性微型生物体。
[0027]在本发明的一些具体实施方案中，基于上述微型生物体分选装置的分选趋性微型生物体的方法具体包括以下步骤:
[0028]a)制备包括微型生物体趋性层流分离微室和微型生物体液滴生成两部分构型的微流控芯片；
[0029]b)将微型生物体趋性实验所需的微型生物体样品和试剂通过注射泵和泵管连接到微流控芯片的溶液接口上，具体为将微型生物体趋性实验所需的微型生物体样品连接到测样品进样口 5，将缓冲液或逆趋化物溶液连接到层流液第一进样口 6，将正趋化物溶液或缓冲液连接到层流液第二进样口 7 ;同时注入微流控层流分离微室，并在通道内层流流动；
[0030]c)引入层流分离微室的微型生物体垂直于流动方向上发生趋性定向迀移；
[0031]d)从微流控层流分离微室的趋化微型生物体收集装置12和废液收集装置8分别收集趋性和非趋性微型生物体；具体的，趋化微型生物体收集装置12为趋性微型生物体出口，废液收集装置8为非趋性微