[發明專利]一種精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片及其分選方法

有效

• 申請號: 201811546811.6
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109540771B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 楊奕;胡學佳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.一種精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，該芯片包括鈮酸鋰壓電晶片（1），以及鈮酸鋰壓電晶片（1）上設置的微流溝道（2）、聲表面波聚焦模塊（3）、聲表面波分選模塊（4）和光力分選模塊（5）；其中：

微流溝道（2）一端設置有一個樣本入口（6），另一端設置有兩個樣本出口（7）；聲表面波聚焦模塊（3）、聲表面波分選模塊（4）和光力分選模塊（5）分別依次設置在微流溝道（2）的側面；

聲表面波聚焦模塊（3）包括成對設置在微流溝道（2）兩側的叉指換能器（10），通過成對設置的叉指換能器（10）產生駐波場，通過調節駐波場中聲波信號的相位和功率，進而調節血液樣本中的細胞聚焦在水平面和豎直面的位置，實現細胞的三維聚焦；

聲表面波分選模塊（4）包括設置在微流溝道（2）一側的叉指換能器（10），通過設置在一側的叉指換能器（10）產生行波場，行波場中的細胞所受聲輻射力與細胞體積正相關，通過調節行波場的信號功率，對不同尺寸的分選對象細胞產生不同的位移距離，實現細胞的分選；

光力分選模塊（5）包括設置在微流溝道（2）一側的固體激光器（11），通過固體激光器（11）產生光力，細胞所受光力大小與細胞的折射率正相關，通過調節固體激光器（11）的激光功率，對不同折射率的分選對象細胞產生不同的位移距離，實現細胞的分選；

樣本入口（6）通過導管連接有微流泵（8），通過微流泵（8）將待分選的血液樣本送入樣本入口（6）；樣本出口（7）通過導管連接有收集瓶（9）；通過聲表面波聚焦模塊（3）進行聚焦后的血液樣本，根據待分選的對象細胞種類，選擇聲表面波分選模塊（4）和光力分選模塊（5）的開啟狀態；分選后的血液樣本通過樣本出口（7）流入對應的收集瓶（9）內；

聲表面波聚焦模塊（3）還包括信號發生器和功率放大器，信號發生器和功率放大器相互連接后，輸出端與聲表面波聚焦模塊（3）的叉指換能器（10）均相連；聲表面波分選模塊（4）還包括信號發生器和功率放大器，信號發生器和功率放大器相互連接后，輸出端與聲表面波分選模塊（4）的叉指換能器（10）相連。

2.根據權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，叉指換能器（10）均包括多個叉指電極。

3.根據權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，光力分選模塊（5）還包括多模光纖（12），固體激光器（11）的輸出端發出激光信號，經過多模光纖（12）導入微流溝道（2）中；多模光纖（12）埋設在微流溝道（2）中，多模光纖（12）的出光方向垂直于微流溝道（2）。

4.根據權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，固體激光器（11）使用波長為1064nm的激光進行特定白細胞亞型的分離。

5.根據權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，微流溝道（2）通過紫外光刻技術制成，先根據軟件繪制好預期的溝道形狀，然后根據溝道形狀制作掩模版，通過紫外光刻技術，將溝道形狀的圖形顯影于硅片，得到溝道的模具；微流溝道（2）使用有機材料聚二甲基硅氧烷PDMS制成，在硅片模具上澆注未凝固的PDMS，在75攝氏度的溫度下熱烘1小時即可凝固，經過切割以及通過等離子火焰加工與載玻片粘合便得到該微流溝道（2）。

6.根據權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片，其特征在于，叉指換能器（10）通過紫外光刻技術制成，首先將光刻膠均勻粘在鈮酸鋰基底上，然后通過紫外光刻得到預期的換能器圖案，經過顯影，設計電極的區域光刻膠被洗掉，再通過熱蒸發分別蒸鍍5nm鉻和50nm金到基底上，經過丙酮清洗，基底便只有電極的圖案區域覆蓋鉻和金，其他有光刻膠的區域的鍍層被洗掉，得到叉指換能器（10）。

7.一種采用權利要求1所述的精準分選白細胞亞型的聲光微流控芯片的分選方法，其特征在于，該分選方法包括以下步驟：

S1、通過微流泵將待分選的血液樣本送入芯片的樣本入口；

S2、血液樣本通過樣本入口流入微流溝道中，首先經過聲表面波聚焦模塊進行血液細胞的三維聚焦；聲表面波聚焦模塊產生駐波場，通過調節駐波場的聲波信號的相位和功率，調節血液細胞聚焦在水平面和豎直面的位置，實現血液細胞的三維聚焦，聚焦后的所有血液細胞沿著同一路徑有序流過；

S3、根據待分選的血液細胞的種類，選擇聲表面波分選模塊和光力分選模塊的開啟狀態；

S4、在進行粒細胞分選時，開啟聲表面波分選模塊，并關閉光力分選模塊；聲表面波分選模塊產生行波場，行波場中的細胞所受聲輻射力與細胞體積正相關，通過調節行波場的信號功率，對不同尺寸的分選對象細胞產生不同的位移距離，實現細胞的分選；

S5、在進行淋巴細胞或單核細胞分選時，開啟光力分選模塊，并關閉聲表面波分選模塊；光力分選模塊產生光力，細胞所受光力大小與細胞的折射率正相關，通過調節固體激光器的激光功率，對不同折射率的分選對象細胞產生不同的位移距離，實現細胞的分選；

S6、分選后的血液細胞分別通過兩個樣本出口流入對應的收集瓶中，完成血液樣本細胞的分選。