[發明專利]一種集成細胞分選及檢測的微流控芯片系統

有效

• 申請號: 201410154420.5
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103923825A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 易紅;倪中華;唐文來;項楠;黃笛;顧興中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及微流控芯片和生物粒子操控、檢測領域，具體涉及一種集成螺旋流道慣性分選技術和差分電阻抗測量技術的微流控芯片稀有細胞檢測系統。?

背景技術

捕捉檢測血液、胸水等體液中微乎其微的稀有細胞，有助于疾病的早期診斷與患者的病情監測以及開展個性化治療。目前，臨床上常用的稀有細胞檢測方法有免疫細胞化學、流式細胞術、熒光原位雜交及逆轉錄聚合酶鏈反應等，這些方法具有各自的優勢，但都以稀有細胞表達的生物分子標記物為分析對象，存在操作復雜、樣品消耗大、檢測效率低以及實驗儀器昂貴等共同缺點。結合微流控技術、阻抗分析技術和流式細胞術的微流控阻抗細胞儀，是一種能夠實現單細胞連續分析的非標記方法，與上述方法相比，具有樣品消耗低、操作簡單和處理快速等優勢，在細胞的計數、形貌分析和介電性能表征等方面得到了廣泛的應用。?

目前已有研究者嘗試利用微流控阻抗細胞儀分析檢測稀有細胞，并取得初步進展。然而已有的微流控阻抗細胞儀集成度低，通常只包括阻抗測量與表征單項功能模塊，沒有涉及細胞分選、聚焦等前處理過程，不能實現在體液中直接檢測稀有細胞，從而極大限制了稀有細胞檢測方法在臨床診斷中的應用。且現有微流控阻抗細胞儀的測量頻率通常只達到10⁷Hz級，能夠分析細胞膜電容和細胞質電導率，但無法獲取細胞核等內部結構信息。另外，目前研究人員通常采用商業化的阻抗分析儀，限制了細胞檢測系統的應用范圍，且不易實現微型化與便攜式。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種集成細胞分選及檢測的微流控芯片系統，該系統集成了螺旋流道慣性分選技術與差分電阻抗測量技術，實現了稀有細胞檢測的高通量分選與精確表征功能的有機整合。?

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：?

本發明集成細胞分選功能的微流控芯片稀有細胞檢測系統包括微流控芯片、高頻鎖相放大器以及處理器；所述微流控芯片由流道層、電極層、基底層和PCB板依次對準封裝而成；其特征在于：所述流道層包括螺旋流道、突擴結構流道、上分支流道、下分支流道、檢測主流道以及兩對縮進流道；所述的螺旋流道一端為樣品入口、所述的螺旋流道另一端為突擴結構，所述突擴結構具有兩個出口，所述的兩個出口分別與所述的上分支流道和下分支流道連接；所述的下分支流道出口為檢測主流道，所述的檢測主流道出口為稀有細胞出口；所述的上分支流道出口為廢液出口，所述上分支流道設置有使廢液出口與稀有細胞出口之間流體壓力平衡的彎曲結構；所述兩對縮進流道對稱分布于檢測主流道的兩側；

所述電極層包括一對信號施加電極和一對信號傳感電極，分別與兩對縮進流道相互對準，在檢測主流道的兩側形成液體電極結構；

所述PCB板的集成電路包括電信號輸入接口、功率放大電路、I/V轉換電路以及電信號輸出接口；所述的I/V轉換電路包括電流電壓轉換模塊和差分放大模塊；所述電信號輸入接口與功率放大電路連接，所述的功率放大電路分成兩路與所述的一對信號施加電極連接，所述I/V轉換電路與電信號輸出接口連接；所述的I/V轉換電路分成兩路與所述的一對信號傳感電極連接；

所述的高頻鎖相放大器通過第一輸出端與電信號輸入接口連接，高頻鎖相放大器通過第一輸入端與電信號輸出接口連接；所述高頻鎖相放大器、電信號輸入接口、功率放大電路、信號施加電極依次連接構成激勵信號施加電路；所述信號傳感電極、I/V轉換電路、電信號輸出接口以及高頻鎖相放大器依次連接構成差分阻抗信號傳感電路。

所述的高頻鎖相放大器通過第二輸出端與處理器連接。?

進一步地，還包括進樣裝置、廢液收集裝置和稀有細胞收集裝置；所述進樣裝置和樣品入口連接；所述廢液收集裝置和廢液出口連接；所述稀有細胞收集裝置和稀有細胞出口連接。?

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：?

利用流體在螺旋流道中的慣性效應和Dean流作用，將稀有細胞和其它細胞聚焦在不同的平衡位置，并通過突擴結構流道分別導入下分支流道和上分支流道，同時，當下分支流道中的稀有細胞運輸到檢測主流道的液體電極結構時，借助差分阻抗測量電路獲取稀有細胞的差分電阻抗信號，得到稀有細胞的體積與內部介電性能等參數信息，采用上述螺旋流道慣性分選技術結構與差分電阻抗測量技術集成，克服了已有細胞檢測方法的集成度低、測量頻率低等缺陷，實現對稀有細胞分選與表征功能的有效整合；另外，本系統的芯片結構簡單、加工方便，檢測過程中無需鞘液、無需復雜的免疫標記預處理，具有操作簡單、自動化程度高等優點，可廣泛用于稀有細胞生物學研究、疾病早期診斷與治療等領域。