本發(fā)明涉及微流控，尤其涉及一種高分辨率高通量位置信息的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片及制備方法。

背景技術(shù)：

1、空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)可以同時(shí)獲得細(xì)胞的空間位置信息和基因表達(dá)數(shù)據(jù)，推進(jìn)了對組織原位細(xì)胞真實(shí)基因表達(dá)的研究，為組織細(xì)胞功能、微環(huán)境互作、發(fā)育過程譜系追蹤、疾病病理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域提供了重要的研究手段。目前空間轉(zhuǎn)錄組的方法主要分為2種，一種是基于空間條形碼的方式，另一種是基于原位的轉(zhuǎn)錄組測序。其中，基于空間條形碼的空間轉(zhuǎn)錄組測序主要基于mrna捕獲陣列芯片，該類芯片修飾有成千上萬的包含空間位置信息的捕獲探針簇點(diǎn)陣。組織切片經(jīng)過透化處理后細(xì)胞內(nèi)mrna被空間轉(zhuǎn)錄組芯片探針末端的oligo-dt序列捕獲，然后以mrna為模版進(jìn)行cdna合成，構(gòu)建文庫后再進(jìn)行測序，從而夠獲得基因表達(dá)的位置信息。然而，現(xiàn)有的空間轉(zhuǎn)錄組芯片的點(diǎn)陣數(shù)量和分辨率(尺寸)是其制備難度及成本的重要因素，而在實(shí)際應(yīng)用過程中點(diǎn)陣數(shù)量多、分辨率高的芯片結(jié)構(gòu)有利于獲取更多更精確的生物學(xué)信息，但是市面上仍然缺乏分辨率在10μm及以下、點(diǎn)陣數(shù)量達(dá)到百萬級水平的空間轉(zhuǎn)錄組芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有市場上空間轉(zhuǎn)錄組芯片的不足，提供一種高分辨率高通量位置信息的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片及制備方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：第一方面，提供一種用于制備空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片的器件，包括以下結(jié)構(gòu)層：

3、微坑陣列層，包含位于中間區(qū)域的n個(gè)大陣列，每個(gè)大陣列包含n行n列微坑；

4、空間條形碼x編碼層，包含分別位于兩側(cè)的n個(gè)入口和n個(gè)出口，以及位于中間區(qū)域、連接入口和出口的n條豎向微管道；空間條形碼x編碼層與微坑陣列層對齊時(shí)，每條豎向微管道流經(jīng)所有大陣列，在每個(gè)大陣列中流經(jīng)n個(gè)微坑，且每個(gè)微坑僅有一條豎向微管道流經(jīng)；

5、空間條形碼y編碼層，包含分別位于兩側(cè)的n個(gè)入口和n個(gè)出口，以及位于中間區(qū)域、連接入口和出口的n條橫向微管道；空間條形碼y編碼層與微坑陣列層對齊時(shí)，每條橫向微管道流經(jīng)所有大陣列，在每個(gè)大陣列中流經(jīng)n個(gè)微坑，且每個(gè)微坑僅有一條橫向微管道流經(jīng)；

6、空間條形碼z編碼層，包含位于中間區(qū)域的隔離圍欄；空間條形碼z編碼層與微坑陣列層對齊時(shí)，所述隔離圍欄用于分隔開n個(gè)大陣列；

7、其中，n為自然數(shù)。

8、優(yōu)選的，n＝100。

9、進(jìn)一步地，所述微坑的形狀為圓柱或正方體。

10、進(jìn)一步地，所述微坑的形狀為圓柱時(shí)，橫向微管道或豎向微管道的寬和微坑的直徑相等；所述微坑的形狀為正方體時(shí)，橫向微管道或豎向微管道的寬和微坑的長、寬均相等。這一設(shè)計(jì)使得微管道與其流經(jīng)的微坑可以對準(zhǔn)。

11、優(yōu)選的，所述微坑陣列層的材料為pdms，所述空間條形碼x編碼層、空間條形碼y編碼層、空間條形碼z編碼層的材料為coc、pmma、pc或玻璃。

12、第二方面，提供一種基于所述器件的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片的制備方法，包括以下步驟：

13、在微坑陣列層的每個(gè)微坑中置入磁珠，將空間條形碼x編碼層與微坑陣列層對齊，在空間條形碼x編碼層的n個(gè)入口加入n種不同的x編碼dna序列，并充滿所有微坑和豎向微管道，使得x編碼dna序列與磁珠相連，清洗；

14、換用空間條形碼y編碼層與微坑陣列層對齊，在空間條形碼y編碼層的n個(gè)入口加入n種不同的y編碼dna序列，并充滿所有微坑和橫向微管道，使得y編碼dna序列與磁珠上的x編碼dna序列相連，清洗；

15、換用空間條形碼z編碼層與微坑陣列層對齊，在空間條形碼z編碼層分隔開的n個(gè)大陣列中加入n種不同的z編碼dna序列，并充滿所有微坑，使得z編碼dna序列與磁珠上的y編碼dna序列相連；制得包含n3個(gè)位置信息的磁珠微坑陣列，用于空間轉(zhuǎn)錄組測序；

16、其中，空間分為x、y、z平面維度；所述x編碼dna序列、y編碼dna序列、z編碼dna序列分別用于記錄在x、y、z平面維度上的位置信息。

17、進(jìn)一步地，所述磁珠、x編碼dna序列均經(jīng)化學(xué)基團(tuán)修飾，通過化學(xué)基團(tuán)偶聯(lián)使磁珠與x編碼dna序列相連；

18、加入y編碼dna序列時(shí)，還包括：加入pcr擴(kuò)增體系，使得反應(yīng)后y編碼dna序列與磁珠上的x編碼dna序列相連；

19、加入z編碼dna序列時(shí)，還包括：加入pcr擴(kuò)增體系，使得反應(yīng)后z編碼dna序列與磁珠上的y編碼dna序列相連。

20、第三方面，提供一種所述制備方法制備得到的高分辨率高通量位置信息的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片。

21、本發(fā)明的有益效果如下：

22、本發(fā)明制備得到一種新的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片，采用簡單的操作步驟即可將x、y、z三個(gè)維度上各100種編碼序列依次連接構(gòu)成100萬種空間條形碼信息，用于記錄100萬個(gè)微坑對應(yīng)的位置信息，其分辨率達(dá)到10μm及以下，點(diǎn)陣數(shù)量達(dá)到百萬級水平，在基于空間條形碼的空間轉(zhuǎn)錄組測序中具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種用于制備空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片的器件，其特征在于，包括以下結(jié)構(gòu)層：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述微坑的形狀為圓柱或正方體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述微坑的形狀為圓柱時(shí)，橫向微管道或豎向微管道的寬和微坑的直徑相等；所述微坑的形狀為正方體時(shí)，橫向微管道或豎向微管道的寬和微坑的長、寬均相等。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述微坑陣列層的材料為pdms，所述空間條形碼x編碼層、空間條形碼y編碼層、空間條形碼z編碼層的材料為coc、pmma、pc或玻璃。

5.一種基于權(quán)利要求1所述器件的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述磁珠、x編碼dna序列均經(jīng)化學(xué)基團(tuán)修飾，通過化學(xué)基團(tuán)偶聯(lián)使磁珠與x編碼dna序列相連；

7.一種權(quán)利要求5所述制備方法制備得到的高分辨率高通量位置信息的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高分辨率高通量位置信息的空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片及制備方法。所述空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片包括微坑陣列層、空間條形碼X編碼層、空間條形碼Y編碼層、空間條形碼Z編碼層，利用所述空間轉(zhuǎn)錄組微流控芯片采用簡單的操作步驟即可將X、Y、Z三個(gè)維度上各100種編碼序列依次連接構(gòu)成100萬種空間條形碼信息，用于記錄100萬個(gè)微坑對應(yīng)的位置信息，其分辨率達(dá)到10μm及以下，點(diǎn)陣數(shù)量達(dá)到百萬級水平，在基于空間條形碼的空間轉(zhuǎn)錄組測序中具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：范驍輝,廖杰,沈敏杰,郭文博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)長三角智慧綠洲創(chuàng)新中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24