[發明專利]一種多向誘導Dean流的三維縮擴微流控器件及方法

有效

• 申請號: 201910326261.5
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109975265B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 黃笛;曹超;張曉春;解森;劉永狀;鄧維標;姚冰;趙繼云
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;B01L3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明的一種多向誘導Dean流的三維縮擴微流控器件及方法，適用于腫瘤研究領域中使用。其包括微流控芯片，微流控芯片內設有三維縮擴流道，三維縮擴流道的首尾兩端分別設有與微流控芯片外界連同的入口連接器和出口連接器，入口連接器上設有入口導管，出口連接器上設有出口導管；其中三維縮擴流道入口連接器處為圓柱空間的入口，出口連接器處為圓柱空間的出口，在中部與出口之間設有縮聚?擴展結構，縮聚?擴展結構與出口間留有距離。其結構簡單，克服現有螺旋、非對稱正弦及平面縮擴等慣性微流控器件僅能在截面橫向方向上誘導生成Dean渦流的不足，大幅提升流式檢測的精度與靈敏度。

技術領域：

本發明專利涉及一種三維縮擴微流控器件及方法，尤其適用于一種腫瘤研究領域中無需借助鞘液流及外場力條件下使用的多向誘導Dean流的三維縮擴微流控器件及方法。

背景技術：

隨著時代的發展，惡性腫瘤已經成為影響人類公共健康的重大問題，人民對健康幸福生活的追求與醫療診斷資源相對匱乏之間的矛盾日益突出。現場即時診斷(Point-of-care testing, POCT)儀器，因具有檢測裝置微型化、操作過程簡單化、診斷結果即時化及檢測費用平民化等獨特優勢，在完善資源匱乏地區醫療建設、應對突發事故災害和推動家庭護理診斷等領域具有廣闊應用前景，是解決上述矛盾的有力工具。依托先進微結構加工工藝，微流控(Microfluidic)技術通過微米級流道精確操控微升、毫升級別樣品，是開發新一代POCT儀器的主流技術。

作為POCT儀器重要前處理單元之一，樣品預聚焦的精度將直接制約檢測儀器的性能指標。現有的微流控聚焦技術據操控機制的不同可概括為以下三類：第一類是從傳統宏觀方法演化而來的鞘液夾流技術；第二類是基于電、磁、聲、光等外場的主動聚焦技術；第三類是基于復雜形態微流道誘導流體，并通過流體自身作用操控粒子的被動聚焦技術。對細胞檢測而言，理想的粒子聚焦器件應具有：①操作簡單，②無需鞘液流輔助，③聚焦流束窄，④聚焦位置遠離流道壁面，⑤處理通量高等特點。各國學者雖已在微流控聚焦領域取得突出成就，但實現一種微流控聚焦器件能同時兼具上述優勢仍存在巨大挑戰：如鞘液夾流技術面臨高通量鞘液流的引入，且應用于微流控芯片中粒子聚焦多呈二維平面狀態；主動聚焦技術則需要龐大、昂貴的外部設備，且一般通量較低，操作繁瑣。相較而言，作為一種典型的被動聚焦技術，慣性微流控(Inertial Microfluidic)巧妙利用微尺度流體的慣性效應(慣性遷移及橫截面Dean流)實現粒子運動狀態及平衡位置的精確操控，具有流道結構簡單，無需鞘液夾流，無需借助外場力以及處理通量高等顯著優勢，是近年來得到廣泛關注的一種微納米生物粒子操控方法。

然而，現有的慣性聚焦技術大多是將粒子排布于兩個或兩個以上平衡位置，且聚焦平衡位置貼近流道壁面，傳統單側或平面對稱雙側縮擴流道、螺旋流道及非對稱正弦流道等結構僅能在主流道截面的橫向方向上誘導生成一組Dean渦流，致使粒子聚焦存在兩個平衡位置，且平衡位置貼近壁面，易產生壁面對檢測光束的散射，限制了傳統流式細胞術或其它光學檢測手段的應用。鑒于此，本發明專利設計一種三維縮擴新型結構，并據此提出一種多向誘導Dean流操控生物粒子單列、截面中心位置聚焦方法，可為血液中腫瘤細胞的精準檢測提供重要樣品預聚焦單元，以簡單流道結構及操控方法實現流式檢測精度和靈敏度的大幅提升。

發明內容：

發明專利目的：針對上述技術中的不足之處，提供一種克服現有慣性微流控器件在操控粒子聚焦時存在多個聚焦平衡位置且平衡位置貼近流道壁面的不足，實現生物細胞在流道截面中心位置處的單列精準聚焦，為高精度流式檢測提供重要樣品預聚焦單元的多向誘導Dean流的三維縮擴微流控器件及方法。