[發明專利]一種基于納米-微米通道組合進行顆粒和細胞順序分離和計數的微流控芯片裝置和方法

有效

• 申請號: 201810332807.3
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108458963B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 宋永欣;劉沁鑫;周侗
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01N1/28;B01L3/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王丹;李洪福

本發明公開了一種基于納米?微米通道組合進行顆粒和細胞順序分離和計數的微流控芯片裝置和方法，該裝置的微通道包括：進樣通道；主通道；多個出樣通道；第一電場分離計數通道具有分離計數正極儲液孔，并通過第一檢測門與主通道垂直連通；第二電場分離計數通道具有分離計數負極儲液孔，并通過第二檢測門與主通道垂直連通和流場聚焦通道；分離計數正/負極儲液孔內均插有鉑電極，直流電源正極與第一電場分離計數通道連接，負極與第二電場分離計數通道連接；本發明能夠使得待檢測細胞不進入檢測門就實現計數且在實現不破壞待分離的細胞的條件下，在介電泳力作用下準確流入不同出樣通道。

技術領域

本發明涉及細胞的操控技術領域，具體說是涉及一種基于納米-微米通道組合進行顆粒和細胞順序分離和計數的微流控芯片裝置和方法。

背景技術

對混合樣品中的不同種細胞進行分離，并對分離后的細胞準確的計數在多個領域具有重要的意義和需求；例如，在海洋環境監測，生物醫學研究等領域，對研究確定目標混合物(如細菌、病毒、海洋微生物等)不同種類細胞的數量的便攜式細胞快速分離計數的裝置或方法，一直有著迫切的需求。

在微流控領域進行DEP分離有直流介電泳和交流介電泳兩種類型。然而在直流介電泳中為了產生足夠強度的介電泳力往往需要數百伏甚至上千伏的電壓，而高電壓形成的電場又會產生焦耳熱效應，細胞或微生物在這種環境中很容易被殺死或裂解；對于交流介電泳而言，通常需要復雜的微電極陣列或十分精確的微電極結構與微流控通道對齊，這種操作是很難實現的。

對于RPS檢測來說，傳統的RPS檢測時顆粒需進入檢測門，其會出現顆粒將檢測門堵塞的情況，這會使檢測結果出現錯誤，檢測精度大大降低降低。

此外由于傳統DEP分離需要高電壓，當電壓很高時，檢測到信號的信噪比會隨之增大；隨著端電壓的增加，系統的噪音會變大，所以過高的電壓會對顆粒計數的結果產生影響。

目前現有常用的細胞分離的方法包括下述幾種：

1)過濾分離法：過濾分離法是目前分離勻項混合物常用的方法，它是一種借助多孔介質構成的障礙場使不同尺寸的細胞進行分離的方法。此方法原理簡單，但是需要加工精度很高的多孔介質(如濾膜、濾網)，而且過濾精度不好，不能分離兩種體積相近的細胞。

2)密度梯度超離心速率分離法：它是一種利用膠體顆粒在離心場力作用下穿過密度梯度區的速率不同，通過控制離心參數，實現納米顆粒按照尺寸、密度和團聚狀態等差異進行分離的方法。此方法利用顆粒的密度和尺寸對顆粒進行分離，但在超速離心的物理條件下，有的細胞會被破壞，可分離的微小顆粒有一定局限性。

3)場流分級法：它是一種顆粒分離的重要手段，場流分級法是在一個長而窄的隧道中，將場運用于其中的懸浮液或溶液，以垂直(或者其他角度)于流動相的方向進行分離的方法，這種方法能夠對尺寸范圍較寬的膠體進行持續高分辨分離，但是這種方法不足之處在于樣品易損失，主要原因是在樣品與分離膜作用的過程中，分離膜會對樣品產生吸附，樣品的pH值、離子強度等也會發生改變。

4)磁性分離法：磁性分離法是一種利用磁性作用力對細胞進行有效分離的方法，這種方法所需設備體積小、結構簡單、維護容易，但是有時為了提高磁場強度，必須選擇高磁飽和度的聚磁介質，對聚磁介質的選擇具有一定的技術困難，且增加運行的費用。

微流控芯片作為一種新的微型分析平臺建立于20世紀90年代，它通過微細加工技術在芯片上構建由儲液池、微反應室、微管道等微功能元件構成的微流路系統，加載生物樣品和反應液后，在壓力或電場作用下形成微流路，與芯片進行一種或連續多種的反應，達到對樣品快速分析的目的，微流控裝置可以將生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離和檢測等基本操作集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。它具有液體流動可控、消耗試劑和試樣極少、分析速度成十倍上百倍地提高等特點。