基于石英内衬管阵列的细胞操作装置及方法

1.本发明涉及细胞采样技术领域，尤其涉及基于石英内衬管阵列的细胞操作装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着细胞生理研究的逐渐深入，单细胞分析已经成为理解和破译许多关键的生命进程的重要手段，单细胞分离技术是进行单细胞水平研究的基础。如何得到足够数量的单细胞是研究的关键。申请号为201610454360的《单细胞分离微流控芯片》，利用微流控芯片，实现对单个细胞进行排列，进而实现对单细胞的分离过程。类似的方法还有申请号为201710667551的《细胞均匀分布的微流控细胞培养芯片及细胞进样方法》公开的内容。现有技术对细胞的操作，主要包括利用微流控细胞与为孔径毛细管对细胞进行操作等物理性处理过程。同时也包括在培养溶液等环境下，对细胞进行培养，增殖等生物性操作过程。目前现有的专利技术主要强调对细胞的某一个过程的操作。现有技术无法实现少量细胞实现从前处理，取样，检测的多过程操作流程。


技术实现要素：

3.根据上述提出的技术问题，而提供一种基于石英内衬管阵列的细胞操作装置及方法。本发明采用的技术手段如下：
4.一种基于石英内衬管阵列的细胞操作装置，包括阵列孔板放置槽、石英套管以及细胞破壁装置和细胞液转移机构，所述阵列孔板放置槽为细胞培养板，其上设有均匀的开孔，所述石英套管能够套接在开孔上，所述细胞破壁装置用于在靠近溶液中的细胞后利用高压电对细胞的击穿，使得细胞可以破壁，所述细胞液转移机构用于提取破壁后的细胞溶液，并将其转移。
5.进一步地，所述细胞培养板上的开孔为阵列式开孔，每个开孔的四周还设有供细胞液转移机构定位用的定位孔。
6.进一步地，所述细胞破壁装置包括正、负探针，与各探针相连的电源，和用于放置针尖的支撑组件。
7.本发明还公开上述细胞操作装置的具体操作方法，包括连续完成或是独立完成如下步骤中其中一个步骤：
8.细胞前处理步骤：预先将细胞溶液注入石英套管中，将石英套管放置在细胞培养板上；将细胞破壁装置放置在待破壁细胞溶液中；开启细胞破壁装置的电源开关预设时间；
9.细胞取样步骤：机械臂以阵列孔板放置槽的定位孔定位，进行xoy平面内的平移，移动至石英套管的上方；然后下降预设高度，进行细胞取样；
10.细胞进样、检测步骤：机械臂上升预设高度，进行xoy平面内的平移，移动至检测器的进样口。
11.本发明具有以下优点：
12.1、本发明提供一种细胞全流程的操作方法。实现对少了溶液下细胞多方式操作，从细胞的前处理确保细胞壁的破裂，细胞的自动化取样过程，细胞的检测过程，实现多过程操作。
13.2、本发明利用双钨针脉冲高压电击穿的方式，实现对细胞壁的破裂，利用该细胞前处理方法，有效的细胞内的化合物进行提取，更利于检测细胞内化合物的种类，同时，仅通过两根电极丝与细胞溶液靠近或是微量接触，尽量减少与细胞溶液的接触过程，降低了污染细胞的几率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明细胞前处理步骤的整体结构示意图。
16.图2为图1的正视图。
17.图3为石英内衬管及细胞破壁单体结构。
18.图4为石英内衬管细胞破壁等轴侧视图。
19.图5为石英内衬管示意图。
20.图6为阵列孔板装夹等轴侧视图。
21.图7为图6的主视图。
22.图8为各操作方法的示意图。
23.图中：1、阵列孔板放置槽；2、石英内衬管及细胞破壁机构；3、放电针尖装配组件；4、石英套管；5、正电极放电钨针；6、负电极放电钨针；7、机械臂；8、取样针；9、检测器。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1～7所示，本发明实施例公开了一种基于石英内衬管阵列的细胞操作装置，包括阵列孔板放置槽1、石英套管以及细胞破壁装置2和细胞液转移机构，所述阵列孔板放置槽为细胞培养板，其上设有均匀的开孔，所述石英套管4能够套接在开孔上，所述细胞破壁装置用于在靠近溶液中的细胞后利用高压电对细胞的击穿，使得细胞可以破壁，所述细胞液转移机构用于提取破壁后的细胞溶液，并将其转移。
26.所述细胞培养板上的开孔为阵列式开孔，每个开孔的四周还设有供细胞液转移机构定位用的定位孔，具体地，所述细胞培养板可选用96孔板，对于细胞前处理，细胞取样，过程中的细胞溶液均在一个一次性的石英套管中。每一个石英高管单独使用，相互不发生干扰。其中96孔板可以将石英套管很好的放置其中，并保证石英套管不下滑掉落。
27.所述细胞破壁装置包括放电针尖装配组件3，具体包括正电极放电钨针5、负电极
放电钨针6，与各探针相连的电源，和用于放置针尖的支撑组件，两个钨针金属电极，平行放置并保持一定距离。其中放电的金属钨针其中一个接高压电的正极，一个金属钨针用于接高压电的负极。其中高压电的正极电压范围在 3kv-5kv这个范围。对于负高压，其中的电压范围0kv到-5kv这个范围，对于负高压，正高压的取值，根据希望细胞的破壁程度而定。为使得两个钨针不相互接触而短路，钨针之间放置绝缘件进行支撑。细胞在取样以及前处理过程中，都放置在一次性石英内衬管内进行操作。对于具有细胞壁的生物细胞，经过高压电破壁后，胞内化合物会溢出，因此需要对破壁后的细胞混合溶液进行取样。本实施例中取样过程采用精准定位的三维机械臂7。首先机械臂根据位置识别，可以任意移动到指定位置。该位置可以是经过高压电破壁前处理的孔位，也可以是未经过高压电破壁前处理的孔位。最终机械臂向z轴向下移动，定位到细胞页面，根据设定值，定量提取细胞溶液。
28.作为优选的实施方式，所述机械臂可以实现x，y的水平移动可以根据每孔槽中是否放置有石英套管进行判定。对于没有放置石英套管，系统会自动判断为非取样区域。根据人需要，取样臂会移动到放置有一定溶液的石英套管上方。根据页面盛放有溶液的多少，机械臂根据判断，将取样针8插入页面以下。根据需要取样的体积，控制取样壁的进入抽取模式。此时机械臂进入向下的z轴移动。利用抽取负压的方式进行细胞溶液的取样，其中取样体积在5-50ul，取样精度在
±
2ul。
29.如图8所示，本发明还公开上述装置的操作方法，具体地，包括连续完成或是独立完成如下步骤中其中一个步骤：
30.细胞前处理步骤：预先将细胞溶液注入石英套管中，将石英套管放置在细胞培养板上；将细胞破壁装置放置在待破壁细胞溶液中；开启细胞破壁装置的电源开关预设时间，本实施例中，启动时间小于1min。通过物理过程改变细胞的结构，让具有细胞壁的细胞，其细胞壁破裂，进而释放里面的化合物，消除了细胞壁的束缚，使得细胞内化合物得以检测；
31.细胞取样步骤：无论细胞经过前处理，还是未经过前处理，细胞都混合在石英套管的底层，其中细胞与细胞培养溶液均匀。此时利用自动化方式将细胞与细胞的混合溶液经过取样设备进行取样。具体地，机械臂以阵列孔板放置槽的定位孔定位，进行xoy平面内的平移，移动至石英套管的上方；然后下降预设高度，进行细胞取样；具体地，机械臂根据位置识别，可以任意移动到指定位置。该位置可以是经过高压电破壁前处理的孔位，也可以是未经过高压电破壁前处理的孔位。最终机械臂向z轴向下移动，定位到细胞页面，根据设定值，定量提取细胞溶液。
32.细胞进样、检测步骤：机械臂上升预设高度，进行xoy平面内的平移，移动至检测器9的进样口，本实施例中，选择质谱作为检测器，利用化合物相对分子质量的差异，对不同细胞的种类进行检测。
33.其中上述三个过程，依次连续同时也相互独立。可以执行上述两个过程中的任意两个，不影响其他操作。3、对于采用脉冲高压的方式对混合溶液中的细胞样品进行细胞壁的破裂处理，可以作为一种操作方法单独使用。可以实现在1min以下，实现对含有细胞壁细胞的破裂，为后续更多化合物的检测，提供方法。通过将细胞前处理，细胞取样，细胞检测，这几个过程有序的结合在一起，并利用一次性的石英套管承装细胞样品，每一个石英管之间不发生交叉干扰。对于细胞前处理过程，利用高压电对含有细胞壁的细胞进行细胞壁的破裂，为后续的细胞检测中，因细胞壁的包裹，限制化合物种类的检测。如此破壁操作，可以
检测到更多化合物提供条件。不同于超声，研磨等需要大量的溶液样品的方式，具有较长的样品处理时间，主要优势在于对体积在5-50ul的液体中包含大量含有细胞壁的细胞进行处理。
34.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。