[發明專利]血細胞分析芯片及應用該芯片的系統

有效

• 申請號: 201110430796.0
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN103175950A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 李芳芳;游璠;周樹民;黃石;樊建平
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院;深圳中科強華科技有限公司
• 主分類號: G01N33/50
• 分類號: G01N33/50;G01N15/10;G01N27/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

技術領域

本發明涉及一種基于微流控液滴技術的血細胞分析芯片及應用該芯片的系統。

背景技術

血液流經人體的各個組織與器官，人體的各個組織與器官之間的相互作用、相互影響是通過神經、體液的調節及平衡來實現的，這種平衡反映在血液的各種物理參數、生理參數等方面。血液學檢驗所獲得的信息可有助于診斷、鑒別診斷與血液系統有關的疾病，有助于分析病情、觀察療效、判斷預后，為預防疾病提供依據，指導臨床用藥并開展臨床醫學研究。血液細胞學分析不僅是診斷造血系統各種疾病的主要依據，對其他系統疾病的診斷和鑒別診斷也可提供重要信息，因此血細胞檢驗(即血常規檢驗)已成為臨床檢驗中三大常規檢驗(血常規、尿常規、便常規)之首，其臨床應用也最為廣泛。

在血細胞檢驗領域，自20世紀50年代初庫爾特先生發明了粒子計數技術，制造了第一臺血細胞分析儀并應用于臨床以來，血細胞分析儀的發展已有50年的歷史。目前，血細胞分析儀已成為醫院臨床檢驗應用非常廣泛的儀器之一，其主要可分為三分類和五分類血細胞分析儀，檢測原理主要是電阻抗、射頻和激光散射等。

盡管目前世界上各種高檔血細胞分析儀相繼問世，但仍采用電阻抗法作為血細胞計數和體積測量的基礎。電阻抗檢測的原理是：根據血細胞非傳導性的性質，對電解質溶液中懸浮顆粒在通過計數小孔時引起的電阻變化進行檢測。具體做法是，在待測細胞懸液中設置一計數小孔，計數小孔的兩側各有一個施加一定電壓的電極，如果供給的電流和阻抗是穩定的，根據歐姆定律，通過計數小孔的電壓也是不變的。當懸液中的一個細胞通過計數小孔時，由于血細胞的傳導性極小，血細胞的導電性質比等滲的電解液要低，使得在電路中計數小孔感應區內的電阻增加，瞬間引起電壓變化而出現一個脈沖信號。電壓增加的程度取決于細胞的體積，細胞的體積越大，引起的電壓變化越大，產生的脈沖振幅越高。通過對脈沖振幅的測量可以測出細胞的體積，記錄脈沖的數目可以得到細胞計數的結果。經過對各種血細胞所產生脈沖大小的電子選擇，可以區分不同種類的血細胞并進行分析。

目前的血細胞分析普遍通過市售的血細胞分析儀經特定人員在特定條件下進行。這類血細胞分析儀的體積大、成本高、修護費時費力、每次只能分析一個樣品，同時對操作者有嚴格要求，需要經過專業培訓，局限性較大，難以普及。

為解決上述問題，業界現正著力開發基于微流控技術的血細胞分析儀。微流控分析技術的最初形態是20世紀90年代初瑞士的Manz和Widmer首次提出的以微機電加工技術為基礎的微型全分析系統(miniaturized?total?analysis?systems，μTAS)，其目的是將分析實驗室的功能轉移到便攜的分析設備中，甚至集成到方寸大小的芯片上，適應分析儀器微型化、集成化、便攜化、自動化的發展要求，為“個人化”、“家庭化”分析實驗室的實現創造了有利條件。

微流控液滴技術作為微流控芯片的一個分支技術，旨在微流控芯片上操縱微小體積的液體(分散相)以微小體積單元的形式分散于連續相中，將樣品分散成一個個體積只有納升級的液滴，實現樣品的區域化、微型化，避免樣品間的污染，同時由于液滴的表面積與體積比較大，利于傳質，化學反應速度提高，生化反應測試周期縮短。由于選擇的連續相和分散相的不同，液滴分為油包水型和水包油型兩類，其中油包水型液滴以水相為分散相，油相為連續相；水包油型液滴以油相為分散相，水相為連續相。液滴的生成有主動和被動兩種方式，主動法是依靠外力(電場力、氣動壓力、熱、超聲等)實現對液滴的操控，而被動法則是依靠特殊的通道結構如T型通道、雙T型通道、流動聚焦等方式實現對液滴的操控。微流控芯片中的樣品流動受到通道結構的限制，通道的設計會影響樣品的流向，同時也可以利用電場、磁場、超聲波、表面波和介電場等的作用力控制液滴的流向。目前，微流控芯片可以實現高度集成化，如可以集成多種檢測器(電化學檢測器、光學檢測器等)，也可以集成電極、溫度傳感器等功能部件，所以隨著微流控液滴操控技術的發展日趨成熟其應用范圍不斷擴大，如蛋白結晶、單細胞分析、DNA分析、聚合酶鏈式反應(Polymerase?Chain?Reaction，PCR)、量子點合成、生物醫學成像等。較之傳統的連續流體技術，微流控液滴技術不僅減少試劑試樣的消耗量，加快混合速度，同時可以避免樣品的擴散和交叉污染等問題。