CN108169210A - 基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于细胞分选技术领域，具体涉及一种基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法及系统包括微流系统，所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点；S1使输入样品在输入通道内形成单细胞流；S2对经过拉曼检测点的细胞进行表面增强拉曼检测以确定其种类；S3根据细胞的种类，对细胞施加物理场力，将不同种类的细胞以固定流速分离至不同的输出通道内；S4根据不同种类细胞到达对应输出通道到位检测点的时间确定不同种类的细胞是否进入了对应的输出通道内，如果进入了对应输出通道，则收集该细胞，如果没有，则停机干预。本发明能够精准自动的完成细胞的分选，可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于细胞分选技术领域，具体涉及一种基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法及系统。
背景技术
表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，简称SERS)，用通常的拉曼光谱法测定吸附在胶质金属颗粒如银、金或铜表面的样品，或吸附在这些金属片的粗糙表面上的样品。尽管原因尚不明朗，人们发现被吸附的样品其拉曼光谱的强度可提高10^3-10^6倍。因此，表面增强拉曼主要用于吸附物种的状态解析等。
目前基于SERS细胞分析方法已经被广泛应用，该分析方法主要步骤为：(1)用特异性配体或抗体对磁珠进行表面修饰；(2)将经过修饰的磁珠通过抗原—抗体反应或配体—受体结合反应与样品中目标细胞进行结合；(3)将样品以单细胞形态通入微流系统；(4)使单细胞流通过拉曼检测点，经过分析仪显示出多个拉曼光谱；(5)通过对拉曼光谱中拉曼峰的大小和位置确定细胞的种类。
现有基于SERS的细胞分析技术只能对细胞流进行单纯的分析，而且系统对收集沟道内的细胞是否为所需的细胞没有区分能力，在对细胞进行数量评估、疾病诊断等进一步定性/定量检测时无法除去系统固有的缺陷引起的误差，限制了SERS细胞分选在临床的进一步应用。现有技术方案对细胞纯度的分析需要人工完成，不利于集成化和自动化，无法满足大数据时代的信息化需求。
发明内容
本发明针对现有技术中基于SERS的细胞分析技术只能对细胞流进行单纯的分析，而且系统对收集沟道内的细胞是否为所需的细胞没有区分能力的问题，提出一种基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，包括微流系统，所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点；
S1.使输入样品在输入通道内形成单细胞流；
S2.对经过拉曼检测点的细胞进行表面增强拉曼检测以确定其种类；
S3.根据细胞的种类，对细胞施加物理场力，将不同种类的细胞以固定流速分离至不同的输出通道内；
S4.根据不同种类细胞到达对应输出通道到位检测点的时间确定不同种类的细胞是否进入了对应的输出通道内，如果进入了对应输出通道，则收集该细胞，如果没有，则停机干预。
进一步地，所述输出通道的末端连接有收集装置，输出通道内到位检测点至收集装置设置一段距离。
进一步地，所述步骤S1的实现方法为，将输入样品以单细胞流的形态输进输入通道内，或者将输入通道的尺寸设置为只允许单细胞通过。
进一步地，所述步骤S3中，对细胞施加的物理场包括电场、磁场、光场和流体场。
进一步地，所述拉曼检测点设置有拉曼光谱仪。
进一步地，所述到位检测点设置有检测传感器，所述检测传感器为电容式传感器、电磁传感器或光学传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种基于表面增强拉曼检测的细胞分选系统，包括微流系统、检测装置、控制系统和驱动装置；
所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点；
所述检测装置包括拉曼检测装置和到位检测装置，所述拉曼检测装置设置在拉曼检测点，用于发出拉曼光谱，并接收拉曼散射光谱；所述到位检测装置设置在到位检测点，用于检测细胞是否到达到位检测点；
所述控制系统，用于根据拉曼检测装置接收的拉曼散射光谱确定细胞的种类，并根据细胞的种类控制驱动装置将细胞驱动至不同的输出通道内；根据检测装置的反馈结果确定是否收集细胞还是停机干预；
驱动装置，用于根据控制系统的指令产生物理场对细胞进行驱动。
进一步地，所述控制系统包括微控制单元。
进一步地，所述驱动装置为电极板、线圈、永磁体、光钳或微流泵。。
本发明的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法及系统，相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的分选方法能够精准自动的完成细胞的分选，可靠性高，能够有效消除在细胞进行数量评估、疾病诊断等进一步定性/定量检测时由于系统固有缺陷引起的误差，促进了SERS细胞分选在临床的进一步应用；
(2)本发明的方法不需要人工参与，而且用于完成本发明方法的装置容易集成传感器，能够满足大数据时代的信息化需求。
附图说明
图1为本发明的分选方法的流程图；
图2为本发明的分选系统的结构示意图；
图2中：1-输入通道；2-输出通道；3-控制系统；4-拉曼检测装置；5-驱动装置；6-到位检测装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，包括微流系统，所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点。在本实施例中，微流系统设置在微流体芯片上。
如图1所示为本发明的分选方法的流程图，具体步骤为：
S1.使输入样品在输入通道内形成单细胞流；
输入样品的形成：首先用特异性配体或抗体对磁珠进行表面修饰，然后将经过修饰的磁珠通过抗原—抗体反应或配体—受体结合反应与检验样品中目标细胞进行结合，最后去除其中游离的磁珠后形成输入样品。
步骤S1的具体实现方法有，将输入样品以单细胞流的形态输进输入通道内，或者将输入通道的尺寸设置为只允许单细胞通过。虽然将输入通道的尺寸设置成只允许单细胞通过也能使输入样品在输入通道内形成单细胞流，但是在实际操作中，输入通道的入口处容易被黏连在一起的细胞团阻塞，因此在本实施例中采用将输入样品以单细胞流的形态输进输入通道内。
S2.对经过拉曼检测点的细胞进行表面增强拉曼检测以确定其种类；
在拉曼检测点上设置有拉曼光谱仪，拉曼光谱仪用于发射拉曼光谱，并接收拉曼散射光谱。
输入样品在输入通道内形成单细胞流，当单个细胞通过拉曼检测点时，拉曼光谱照射到该细胞上，会发生拉曼散射，对检测到的拉曼散射光谱进行分析，通过其中拉曼峰的大小和位置确定细胞的种类。
S3.根据细胞的种类，对细胞施加物理场力，将不同种类的细胞以固定流速分离至不同的输出通道内；
本发明的分选方法是为了将不同种类的细胞分类收集，因此设置一个输入通道对应若干个输出通道，根据检测到的细胞的种类，对细胞施加物理场力，驱动不同种类的细胞以固定的流速进入不同的输出通道内。
其中，对细胞施加的物理场包括电场、磁场、光场和流体场，可以通过调节物理场力的大小和方向驱动不同种类的细胞进入到对应的输出通道内。
S4.根据不同种类细胞到达对应输出通道到位检测点的时间确定不同种类的细胞是否进入了对应的输出通道内，如果进入了对应输出通道，则收集该细胞，如果没有，则停机干预。
在输出通道的到位检测点上设置有检测传感器，当确定了细胞的种类，以及该细胞将要进入对应的输出通道时，则可以知道细胞到达该输出通道到位检测点的距离，当细胞的流速固定时，细胞到达到位检测点的时间是确定的，根据时间确定该细胞是否进入了对应的输出通道内。例如，当确定了A类细胞应该进入第一输出通道时，经过计算A类细胞到达第一输出通道上的到位检测点的时间是5s，那么经过5s，设置在该到位检测点的检测传感器应该检测到该A类细胞，如果没有检测到，则说明出现了问题，需要停机干预，如果检测到该A类细胞到达，则收集该A类细胞。
其中，检测传感器用于检测细胞是否到达了到位检测点，一般检测传感器可选用电容式传感器、电磁传感器或光学传感器。
进一步，所述输出通道的末端连接有收集装置，输出通道内到位检测点至收集装置设置一段距离。这段距离的长度是由检测传感器的反馈时间以及细胞的流速确定的，为了保证细胞分选的正确性，要确保在检测传感器的反馈时间内，细胞不会因为停机不及时而进入错误的收集装置中。
本实施例的细胞分选方法，首先通过对细胞进行表面增强拉曼检测确定细胞的种类，根据细胞的种类，对细胞施加物理场力将不同种类的细胞驱动至不同的输出通道内，并且在输出通道内设置了到位检测点，根据反馈确定细胞是否进入了对应的输出通道，如果细胞没有在确定时间内到达对应输出通道的到位检测点，则停机干预，以保证分选的纯度和可靠性。通过本方法分选的细胞，准确率非常高，能够有效消除在细胞进行数量评估、疾病诊断等进一步定性/定量检测时由于系统固有缺陷引起的误差，促进了SERS细胞分选在临床的进一步应用。
实施例2
对应实施例1提供的分选方法，实施例2提供一种基于表面增强拉曼检测的细胞分选系统，如图2所示，所述微流系统包括输入通道1以及与输入通道1相连通的若干输出通道2，输入通道1上设置有拉曼检测点，输出通道2上设置有到位检测点；
所述检测装置包括拉曼检测装置4和到位检测装置6，所述拉曼检测装置4设置在拉曼检测点，用于发出拉曼光谱，并接收拉曼散射光谱；所述到位检测装置6设置在到位检测点，用于检测细胞是否到达到位检测点；
所述控制系统3，用于根据拉曼检测装置4接收的拉曼散射光谱确定细胞的种类，并根据细胞的种类控制驱动装置5将细胞驱动至不同的输出通道2内；根据检测装置的反馈结果确定是否收集细胞还是停机干预；所述控制系统3包括微控制单元，可采用单片机。
驱动装置5，用于根据控制系统3的指令产生物理场对细胞进行驱动。所述驱动装置5可为产生电场的电极板、产生磁场的线圈或永磁体，产生光场的光钳，或者产生流体场的微流泵。
本实施例的分选系统，其中微流系统设置在微流体芯片上，具有微小容量、微小体积、低能量消耗和装置占用体积小等特点，控制系统3、检测装置和驱动装置5都是现有技术中非常成熟的技术，且分选的实现不需要借助于人工干预，因此该分选系统非常容易集成为传感器，满足大数据时代的信息化需求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，包括微流系统，其特征在于，所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点；
S1.使输入样品在输入通道内形成单细胞流；
S2.对经过拉曼检测点的细胞进行表面增强拉曼检测以确定其种类；
S3.根据细胞的种类，对细胞施加物理场力，将不同种类的细胞以固定流速分离至不同的输出通道内；
S4.根据不同种类细胞到达对应输出通道到位检测点的时间确定不同种类的细胞是否进入了对应的输出通道内，如果进入了对应输出通道，则收集该细胞，如果没有，则停机干预。
2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，其特征在于：所述输出通道的末端连接有收集装置，输出通道内到位检测点至收集装置设置一段距离。
3.根据权利要求1或2所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，其特征在于：所述步骤S1的实现方法为，将输入样品以单细胞流的形态输进输入通道内，或者将输入通道的尺寸设置为只允许单细胞通过。
4.根据权利要求3所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，其特征在于：所述步骤S3中，对细胞施加的物理场包括电场、磁场、光场和流体场。
5.根据权利要求4所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，其特征在于：所述拉曼检测点设置有拉曼光谱仪。
6.根据权利要求5所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选方法，其特征在于：所述到位检测点设置有检测传感器，所述检测传感器为电容式传感器、电磁传感器或光学传感器。
7.基于表面增强拉曼检测的细胞分选系统，其特征在于：包括微流系统、检测装置、控制系统和驱动装置；
所述微流系统包括输入通道以及与输入通道相连通的若干输出通道，输入通道上设置有拉曼检测点，输出通道上设置有到位检测点；
所述检测装置包括拉曼检测装置和到位检测装置，所述拉曼检测装置设置在拉曼检测点，用于发出拉曼光谱，并接收拉曼散射光谱；所述到位检测装置设置在到位检测点，用于检测细胞是否到达到位检测点；
所述控制系统，用于根据拉曼检测装置接收的拉曼散射光谱确定细胞的种类，并根据细胞的种类控制驱动装置将细胞驱动至不同的输出通道内；根据检测装置的反馈结果确定是否收集细胞还是停机干预；
驱动装置，用于根据控制系统的指令产生物理场对细胞进行驱动。
8.根据权利要求7所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选系统，其特征在于：所述控制系统包括微控制单元。
9.根据权利要求7或8所述的基于表面增强拉曼检测的细胞分选系统，其特征在于：所述驱动装置为电极板、线圈、永磁体、光钳或微流泵。
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