[發明專利]一種基于外置壓電陶瓷驅動的微流體細胞分選系統

有效

• 申請號: 201510229366.0
• 申請日: 2015-05-07
• 公開（公告）號: CN104830664B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 程振;劉鵬;吳旭東
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;劉美麗

本發明涉及一種基于外置壓電陶瓷驅動的微流體細胞分選系統，其特征在于：微流體分選芯片內封裝有用作分選驅動的金屬彈片，壓電陶瓷設置在微流體分選芯片的金屬彈片外側；壓電陶瓷驅動模塊將觸發信號轉換成驅動壓電陶瓷的高電壓信號，使得壓電陶瓷產生機械位移并通過擠壓或釋放金屬彈片將目標細胞分離到不同的分選出口，實現細胞分選。本發明的微流體分選芯片的驅動由進樣模塊的恒壓閥控制，光學檢測模塊對單細胞進行照明檢測，實時信號控制模塊分析細胞的類型，外置壓電陶瓷驅動高速細胞分選，整個系統可以采用很低的壓力對細胞進行進樣和分離，保證對細胞的無損傷特性，對實現微型全分析系統，促進再生醫療、腫瘤預后檢測的應用具有十分重要意義，可以廣泛適用于個性化流式細胞分選。

技術領域

本發明涉及生物研究與臨床應用技術領域，特別是涉及一種基于外置壓電陶瓷驅動的微流體細胞分選系統。

背景技術

流式細胞儀(FlowCytometer，簡稱FCM)是一種集光學、機械、電子、流體于一體的用于生物細胞熒光標記分析的高新儀器。它主要用來測量并統計分析大量經過染色細胞的各類標記物熒光強度信息，是在單個細胞分析和分選基礎上發展起來的，對細胞的物理或化學性質，如大小、內部結構、DNA、RNA、蛋白質、抗原等進行快速測量，并按照其特性的不同分類收集的精密儀器。FCM以其快速、靈活、靈敏、可定量、大樣本的特點，廣泛運用于各生物化學的基礎研究和臨床實踐中。現有的商業化流式細胞分選儀可以分為四個部分：流動室和流體進樣系統、光學檢測系統、信號檢測與存儲、分析系統以及靜電細胞分選系統。流動室和流體進樣系統通過鞘液(通常是等滲水溶液)將細胞樣品包裹束縛成幾十um的直徑，保證單個細胞依次通過空間上固定的檢測位置；在該位置單個或多束微小的單色激光照射到細胞上，并產生散射和熒光信號，該信號被檢測、轉換與分析出來；再以直方圖、散點圖等形式顯示給用戶，用戶可以通過設門等方式設置對細胞進行分離的判斷邏輯。

現有流式細胞儀存在體積龐大、結構復雜，無菌實驗前需反復清洗管道、人工費時的問題；且其分選過程在空氣中完成，體系開放，會產生包含細胞、細菌、病毒等樣品的氣溶膠污染，限制了在臨床治療中的使用。目前BD、Beckman Coulter等公司的細胞分選系統均采用了Jet-in-Air的靜電偏轉分離方式，雖然可以高速分離細胞，但是由于其較高的流體剪切力會對細胞產生損害，影響其活性和基因表達。如在再生細胞治療、干細胞研究中，利用傳統靜電細胞分選儀分選的細胞存在存活率低的問題。同時在細胞再生、轉基因樣品或者病毒/細菌感染過的樣品研究中，確保環境的密閉和無菌性是非常關鍵的問題，基于微流控的芯片細胞分選系統有著廣泛的前景。當前也出現了一些在芯片上完成細胞分選的方案，如MiltenyiBiotec的Tyto分選微芯片采用了微型電磁機械閥的結構，將微小的翼狀磁性結構放置在電磁場中，通過控制外部線圈通斷來選擇閥的開啟與關閉，從而實現細胞的快速分離，但是由于其涉及到不同材料微小結構的加工與裝配，導致結構復雜成本昂貴。

開發低成本、密封無菌的細胞分選回收系統仍然是研究熱點，具有樣品用量少、集成度高、體積小的微流體技術在該領域嶄露頭角。微流體分選芯片通常是由含有微小管道的塑料或聚合物材料鍵合、粘接而成，但是現有的微流體細胞分選方案，例如電滲流、電泳、氣動控制、機械閥、光鑷、光致熱凝膠等分選方案存在分選速度慢或結構復雜、昂貴的問題；一些高通量的細胞分選方法如介電電泳、超聲、表面聲波分離方法等依賴于細胞自身特性，其普適性差。另外，多數微流體芯片使用水相鞘液來聚焦細胞位置，導致分選后的樣品被大量稀釋，不便于少量樣品的檢測。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種可以進行無菌化檢測，同時對細胞無損傷無稀釋的基于外置壓電陶瓷驅動的微流體細胞分選回收系統。