[實(shí)用新型]一種稀有細(xì)胞多級分選微流控器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320561583.6
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN203525731U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易紅;倪中華;黃笛;項(xiàng)楠;陳科;唐文來
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于分析檢測設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種稀有細(xì)胞粒子多級分選微流控器件，特別涉及一種整合微流體慣性效應(yīng)及介電泳技術(shù)的高通量、高純度稀有細(xì)胞粒子多級分選微流控器件。

背景技術(shù)

細(xì)胞的精確檢測在疾病的預(yù)防、診斷、治療及細(xì)胞生物學(xué)研究等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有十分重要的意義。但通常在臨床上，研究的對象是一個(gè)非齊性總體，其中包含了大量的細(xì)胞信息，使得檢測其中的稀有細(xì)胞將變得十分困難；例如，檢測進(jìn)入循環(huán)血液中的稀有癌細(xì)胞，其對人體正常血細(xì)胞的個(gè)數(shù)比例約為1:10⁹，即在1mL血液中僅有數(shù)個(gè)稀有癌細(xì)胞，因此檢測非常困難。

微流控技術(shù)作為一種高效流體或粒子操控的新方法，可實(shí)現(xiàn)樣品制備、反應(yīng)、聚焦、分選及檢測等功能，是生物醫(yī)學(xué)、分析化學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。目前，采用微流控的細(xì)胞分選一般基于單一技術(shù)，按其機(jī)理可簡要概括為以下幾類：第一類是基于復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的操控技術(shù)；第二類是基于流體的被動(dòng)方法，如采用慣性流、擠壓流、水力分選、場流分離等操控技術(shù)；第三類是采用重力及沉降方法進(jìn)行分選的操控技術(shù)；第四類是采用仿生物學(xué)方法的操控技術(shù)；第五類是依據(jù)水液兩相性的分選技術(shù)；第六類是借助磁、聲、光、電等外場的分選技術(shù)。上述各方法雖均已取得了一定的研究成效，但應(yīng)用于稀有細(xì)胞分選仍存在各自的不足：如薄膜分選、擠壓流分選、水力分選、場流分選、重力及沉降分選、水液兩相性分選、磁分選、光電分選都存在操作通量過低的問題，從而限制其進(jìn)一步商業(yè)應(yīng)用；而柱狀陣列分選、慣性流分選、水力分選、水液兩相性分選等方法存在分選純度不高的問題。此外，上述分選方法還存在一些其他的缺陷，如薄膜分選、聲分選易對細(xì)胞活性造成損傷；擠壓流分選只在兩種粒子尺寸相差較大的時(shí)候才能取得較好的分選效果；磁、聲、光、電分選由于引入了耗能外場而致使設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜。

為克服單級分選的不足，近年來出現(xiàn)了一些多級分選的研究，這些研究的思路是將一級操作作為二級分選的預(yù)處理，以優(yōu)化二級分選的效果；或是采用二級精分選，對一級粗分選的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步提純。然而，現(xiàn)有多級分選研究仍是基于單一的技術(shù)，僅僅是將單一分選技術(shù)的簡單組合，增加了操作工序及成本，很難同時(shí)滿足對稀有細(xì)胞分選的高通量、高純度的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容

實(shí)用新型目的：為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種整合微流體慣性效應(yīng)及介電泳技術(shù)的高通量、高純度稀有細(xì)胞粒子多級分選微流控器件，實(shí)現(xiàn)稀有細(xì)胞/粒子的高通量、高純度分選。

技術(shù)方案：本實(shí)用新型提供的一種稀有細(xì)胞多級分選微流控器件，包括鍵合封裝的流道結(jié)構(gòu)和電極基底；所述流道結(jié)構(gòu)包括螺旋流道、二級流道、下分支流道、上分岔流道、下分岔流道，所述螺旋流道一端為樣品入口、另一端通過縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)分別與二級流道、下分支流道連接，所述二級流道分別與上分岔流道和下分岔流道連接，所述上分岔流道和下分支流道與血細(xì)胞出口連接，所述下分岔流道與稀有細(xì)胞出口連接；所述電極基底包括基底本體和兩組電極組；所述電極組位于二級流道底部。

作為改進(jìn)，所述電極組為斜插齒形，呈鏡像布置；通過設(shè)置兩組鏡像布置的斜插齒形電極組，前一電極組施加低頻負(fù)介電泳信號，將所有細(xì)胞偏轉(zhuǎn)至靠近流道壁的一側(cè)；后一組施加高頻負(fù)介電泳信號，將稀有細(xì)胞粒子沿著電極方向偏轉(zhuǎn)，而血細(xì)胞仍沿著主流動(dòng)方向移動(dòng)，從而使稀有細(xì)胞粒子和血細(xì)胞有效分離。

作為另一種改進(jìn)，所述螺旋流道的垂直截面為矩形或外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低的梯形；當(dāng)螺旋流道的垂直截面為矩形時(shí)，其深寬比在1以下，優(yōu)選0.1-1；螺旋流道截面為低深寬比矩形，可以使較大的稀有細(xì)胞粒子與較小的血細(xì)胞粒子平衡位置相距更遠(yuǎn)，以利于分離。

作為另一種改進(jìn)，所述縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)與螺旋流道連接端垂直截面尺寸比與二級流道、下分支流道連接端垂直截面尺寸小。所述縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)上游縮聚處與螺旋流道聯(lián)通，下游突擴(kuò)處形成一較短的直流道，并分成兩支，分別將稀有細(xì)胞粒子流導(dǎo)入上分支流道即介電泳流道，將血細(xì)胞粒子流導(dǎo)入至下分支流道。

作為另一種改進(jìn)，所述二級流道通過上分支流道與縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)連接，上分支流道的垂直截面尺寸比下分支流道垂直截面尺寸小；下分支流道即血細(xì)胞粒子流分支寬度大于上分支流道即稀有細(xì)胞粒子流分支寬度，從而減小上分支流道分選所需處理的流體體積，進(jìn)而達(dá)到降低流速的目的。

作為另一種改進(jìn)，所述二級流道的垂直截面為矩形，其深寬比為0.05-0.01；上分支流道即介電泳流道截面為超低深寬比矩形，以進(jìn)一步降低流道中的流速，保證介電泳力在粒子上具有足夠的響應(yīng)時(shí)間。