一种基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选系统，其特征在于：微流体分选芯片内封装有用作分选驱动的金属弹片，压电陶瓷设置在微流体分选芯片的金属弹片外侧；压电陶瓷驱动模块将触发信号转换成驱动压电陶瓷的高电压信号，使得压电陶瓷产生机械位移并通过挤压或释放金属弹片将目标细胞分离到不同的分选出口，实现细胞分选。本发明专利技术的微流体分选芯片的驱动由进样模块的恒压阀控制，光学检测模块对单细胞进行照明检测，实时信号控制模块分析细胞的类型，外置压电陶瓷驱动高速细胞分选，整个系统可以采用很低的压力对细胞进行进样和分离，保证对细胞的无损伤特性，对实现微型全分析系统，促进再生医疗、肿瘤预后检测的应用具有十分重要意义，可以广泛适用于个性化流式细胞分选。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物研宄与临床应用
，特别是涉及一种基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选系统。
技术介绍
流式细胞仪(FlowCytometer，简称FCM)是一种集光学、机械、电子、流体于一体的用于生物细胞荧光标记分析的高新仪器。它主要用来测量并统计分析大量经过染色细胞的各类标记物荧光强度信息，是在单个细胞分析和分选基础上发展起来的，对细胞的物理或化学性质，如大小、内部结构、DNA、RNA、蛋白质、抗原等进行快速测量，并按照其特性的不同分类收集的精密仪器。FCM以其快速、灵活、灵敏、可定量、大样本的特点，广泛运用于各生物化学的基础研宄和临床实践中。现有的商业化流式细胞分选仪可以分为四个部分:流动室和流体进样系统、光学检测系统、信号检测与存储、分析系统以及静电细胞分选系统。流动室和流体进样系统通过鞘液(通常是等渗水溶液)将细胞样品包裹束缚成几十um的直径，保证单个细胞依次通过空间上固定的检测位置；在该位置单个或多束微小的单色激光照射到细胞上，并产生散射和荧光信号，该信号被检测、转换与分析出来；再以直方图、散点图等形式显示给用户，用户可以通过设门等方式设置对细胞进行分离的判断逻辑。现有流式细胞仪存在体积庞大、结构复杂，无菌实验前需反复清洗管道、人工费时的问题；且其分选过程在空气中完成，体系开放，会产生包含细胞、细菌、病毒等样品的气溶胶污染，限制了在临床治疗中的使用。目前BD、Beckman Coulter等公司的细胞分选系统均采用了 Jet-1n-Air的静电偏转分离方式，虽然可以高速分离细胞，但是由于其较高的流体剪切力会对细胞产生损害，影响其活性和基因表达。如在再生细胞治疗、干细胞研宄中，利用传统静电细胞分选仪分选的细胞存在存活率低的问题。同时在细胞再生、转基因样品或者病毒/细菌感染过的样品研宄中，确保环境的密闭和无菌性是非常关键的问题，基于微流控的芯片细胞分选系统有着广泛的前景。当前也出现了一些在芯片上完成细胞分选的方案，如MiltenyiB1tec的Tyto分选微芯片采用了微型电磁机械阀的结构，将微小的翼状磁性结构放置在电磁场中，通过控制外部线圈通断来选择阀的开启与关闭，从而实现细胞的快速分离，但是由于其涉及到不同材料微小结构的加工与装配，导致结构复杂成本昂贵。开发低成本、密封无菌的细胞分选回收系统仍然是研宄热点，具有样品用量少、集成度高、体积小的微流体技术在该领域崭露头角。微流体分选芯片通常是由含有微小管道的塑料或聚合物材料键合、粘接而成，但是现有的微流体细胞分选方案，例如电渗流、电泳、气动控制、机械阀、光镊、光致热凝胶等分选方案存在分选速度慢或结构复杂、昂贵的问题；一些高通量的细胞分选方法如介电电泳、超声、表面声波分离方法等依赖于细胞自身特性，其普适性差。另外，多数微流体芯片使用水相鞘液来聚焦细胞位置，导致分选后的样品被大量稀释，不便于少量样品的检测。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种可以进行无菌化检测，同时对细胞无损伤无稀释的基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选回收系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选系统，其特征在于:包括一微流体分选芯片、一进样模块、一光学检测模块、一实时信号控制模块、一压电陶瓷驱动模块和一个以上的压电陶瓷；所述微流体分选芯片内封装有用作分选驱动的金属弹片，所述压电陶瓷设置在所述金属弹片外侧；所述进样模块的进口连接一气瓶，所述进样模块的出口连接所述微流体分选芯片的进口，所述进样模块通过控制气体压力将细胞样本和油相鞘液压入到所述微流体分选芯片的微管道内，使所述油相鞘液流将细胞样本流束缚在所述微流体分选芯片的检测管道中央，并保证单个细胞依次通过所述微流体分选芯片的检测区域；所述光学检测模块用于照明每个流经所述微流体分选芯片的检测管道的细胞，激发细胞产生荧光和散射光，完成荧光和散射光的收集，并将检测得到的荧光和散射光信号发送到所述实时信号控制模块；所述实时信号控制模块将散射光和荧光信号转化为电信号进行调理和量化处理，并将处理结果与用户设置值进行逻辑判断，如果满足用户设定分选要求则发送触发信号到所述压电陶瓷驱动模块；所述压电陶瓷驱动模块将触发信号转换成驱动所述压电陶瓷的高电压信号，使得所述压电陶瓷产生机械位移并通过挤压或释放所述金属弹片将目标细胞分离到不同的分选出口，实现细胞分选。所述金属弹片将目标细胞分离到不同的分选出口的方式包括推动驱动方式、吸液驱动方式和依次接力驱动方式，三种驱动方式具体实现过程为:A)推动驱动方式:所述实时信号控制模块在目标细胞流过所述微流体分选芯片的驱动口位置的瞬间，对所述压电陶瓷施加作用力给予位于此驱动口处的压电陶瓷以脉冲驱动的正向电压，使得所述压电陶瓷产生向下位移，挤压所述金属弹片，压缩所述微流体分选芯片驱动口所在腔室体积，使得多余的液体被挤压出去，在驱动口产生向外推动的流体，从而将目标细胞推到分选出口中去；B)吸液驱动方式:使用前，所述压电陶瓷顶迫所述金属弹片向内发生一定弯曲，使用时，当检测到目标细胞经过所述微流体分选芯片的检测管道时，在其流过所述微流体分选芯片的驱动口位置的瞬间，给予所述压电陶瓷以脉冲驱动的负向电压，使得所述压电陶瓷产生向上位移，释放已弯曲的所述金属弹片，在驱动口产生向内吸纳的流体，从而将目标细胞拉拽到分选出口中去；C)依次接力的驱动方式，当所述微流体分选芯片设置有两个以上的驱动口时，还可以采用推动式和吸液式、推动式和推动式、吸液式和吸液式依次接力的驱动方式。所述油相鞘液采用憎水性物质，所述憎水性物质为矿物油、硅油或植物油。所述微流体分选芯片包括一基片、一盖片和一个以上的所述金属弹片，所述基片顶部设置有若干管道凹槽和凹台；所述盖片底部采用化学修饰、热压键合或激光键合方式与所述基片顶部进行密封固定，不仅使所述基片上的各凹槽成为密封空间形成所述微流体分选芯片的微管道，而且使各所述凹台形成若干个大腔室作为所述微流体分选芯片的驱动口 ；所述盖片顶部还设置一个以上的用于密封固定所述金属弹片的凹台，各所述金属弹片的内侧通过紫外感光胶或环氧树脂胶间隔粘接在所述盖片顶部的凹台内，且各所述金属弹片分别位于所述微流体分选芯片的相应驱动口位置，各所述金属弹片的外侧放置所述压电陶瓷；所述微管道包括一样品管道、两鞘液管道、一检测管道、一未分选出口管道、一个以上分选出口管道和一个以上排气管道；所述盖片顶部还设置有若干进样孔，所述进样孔分别与所述样品管道入口和鞘液管道入口连通形成所述微流体分选芯片的储液池；所述盖片顶部还设置一个以上用于排出微管道内的空气的排气孔，每一所述排气孔通过所述排气管道连通每一所述驱动口 ；所述盖片顶部还设置有一个以上的分选孔和一未分选孔，所述分选孔和未分选孔相应连通所述分选出口管道和未分选出口管道。所述驱动口采用管道向外逐渐释放的“喇叭型”结构，喇叭型驱动口的出口宽度为20 ?30um。所述微流体细胞分选系统还包括一芯片加持架，所述芯片加持架包括一矩形支撑板，所述矩形支撑板中心设置一用于嵌设固定所述微流体分选芯片的环形凹台，所述环形凹台顶部间隔设置一进样密封件和一出口密封板件，所述进样密封件上设置有与所述盖片上的进样孔连通的进样螺纹孔，所述进样螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外置压电陶瓷驱动的微流体细胞分选系统，其特征在于：包括一微流体分选芯片、一进样模块、一光学检测模块、一实时信号控制模块、一压电陶瓷驱动模块和一个以上的压电陶瓷；所述微流体分选芯片内封装有用作分选驱动的金属弹片，所述压电陶瓷设置在所述金属弹片外侧；所述进样模块的进口连接一气瓶，所述进样模块的出口连接所述微流体分选芯片的进口，所述进样模块通过控制气体压力将细胞样本和油相鞘液压入到所述微流体分选芯片的微管道内，使所述油相鞘液流将细胞样本流束缚在所述微流体分选芯片的检测管道中央，并保证单个细胞依次通过所述微流体分选芯片的检测区域；所述光学检测模块用于照明每个流经所述微流体分选芯片的检测管道的细胞，激发细胞产生荧光和散射光，完成荧光和散射光的收集，并将检测得到的荧光和散射光信号发送到所述实时信号控制模块；所述实时信号控制模块将散射光和荧光信号转化为电信号进行调理和量化处理，并将处理结果与用户设置值进行逻辑判断，如果满足用户设定分选要求则发送触发信号到所述压电陶瓷驱动模块；所述压电陶瓷驱动模块将触发信号转换成驱动所述压电陶瓷的高电压信号，使得所述压电陶瓷产生机械位移并通过挤压或释放所述金属弹片将目标细胞分离到不同的分选出口，实现细胞分选。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程振，刘鹏，吴旭东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11