粒子计数用微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种粒子计数用微流控装置，用于实施自动粒子计数。所述微流控装置包含入口、微通道、出口、多条分支通道和检查通道。所述微通道具有多条环道。每条分支通道与至少两条邻接的环道相互连接。当流体中的粒子经过所述检查通道时所述粒子向所述微通道的内侧通道壁面迁移。所述检查通道包含阶梯形状的狭缝图案，用于对经过所述检查通道的所述粒子进行光学粒子计数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于实施自动粒子计数的微流控装置。微流控装置可以是蛛网螺旋(web-spiral)的微流控装置，根据尺寸来分离粒子并将微气泡捕获至分支通道中。
技术介绍
作为实现个性化医疗的有前途的机制，床旁照护(Point-of-care)广泛地被全球健康保健共同体认可，能否成功实行床旁照护取决于能否得到低成本、易操作且精准的、适合床旁照护诊疗的医疗装备。特别是，在床旁照护的情况下，对于临床分析，重要的是用于分离、过滤或计数微粒子的装置。然而目前，床旁照护形式的医疗装置在高通量的方式下无法满足分离、过滤和计数的要求。无膜分离技术如电泳、声波分离和离心法所需要的分析时间长，从而在样品体积大时不宜选择。这些技术还需要外加场(externalfield)，其有可能潜在性地损伤细胞和生物分子。
技术实现思路
本专利技术涉及快速粒子计数用的微流控装置。该微流控装置包含：入口、微通道、出口、多条分支通道和检查通道。该入口用于接收流体样品。该流体样品含有粒子，其包含多个第一粒子。该微通道具有多条环道。每条分支通道至少与两个邻接的环道相互连接。该出口用于输出流体样品。当该第一粒子通过该出口时，该第一粒子向该微通道的内侧通道壁面迁移。该检查通道用于接收来自该微通道的流体样品。该检查通道包含用于对穿过检查通道的第一粒子进行光学粒子计数的狭缝图案(slitpattern)。本专利技术还涉及快速粒子计数的方法。该方法包含下述步骤：将流体样品以一定流量供给至微通道中，将该微通道配置成多条环道；将流体样品的微气泡捕获至多条分支通道中，每条分支通道与多条环道中的两条环道相互连接；当第一粒子离开该微通道并经过具有狭缝图案的检查通道时，根据流量和环道，将流体样品中的多个第一粒子引导至第一平衡位置；以及收集来自第一粒子的穿过狭缝图案传输的光学信号以对流体样品中的第一粒子计数。本专利技术还涉及粒子检测用装置。该装置包括微通道、多条分支通道和检查通道。该微通道具有多条环道，以便流体连续不断地流过该微通道的环道。每条分支通道至少与两条环道相互连接。该检查通道具有狭缝图案，所述狭缝图案用于接收来自微通道的流体，并用于传输来自流体中的粒子的穿过狭缝图案的光学信号。附图说明图1表示蛛网螺旋微流控装置的一个例子。图2示出因粘贴于通道壁上的微气泡所导致的细胞位置偏离的例子。图3示出在分支通道捕获的微气泡的例子。图4包含一系列图像，表示微气泡结构由于分支通道的存在而破坏，从而导致微气泡消失的过程。图5表示对经过微通道的粒子作用的力。图6表示在检查部分形成的狭缝图案。图7表示通过光电检测器收集的轨道依赖性散射信号。图8示出白细胞的累积强度(accumulativeintensity)的直方图。图9表示使用蛛网螺旋微流控装置的快速粒子计数的流程图。具体实施方式在此，公开了一种实时诊断用的与蛛网螺旋微流控装置组合的光学编码微流控装置。该技术可广泛地用于体积大的流体样品中的细胞计数。例如，腹膜水(peritonealfluid)20mL中的加标白细胞样品(～10,000细胞)可以首先用蛛网螺旋装置用高通量的方式浓缩。可在多种范围内操作流量，如0.5～3mL/min、1～2mL/min、1～3mL/min、1.5～4mL/min、3～5mL/min、4～7mL/min、5～9mL/min或4～10mL/min。流量取决于粒子尺寸。粒子越大，要在更高的流量下到达它们的平衡位置。蛛网螺旋装置能够通过改变升力与迪恩力(Deanforce)之间的平衡，使所关注的尺寸的细胞向内侧通道壁面引导。另一方面，与邻接的环道连接的分支通道能够有效地捕获微气泡。捕获微气泡提高细胞平衡位置的精准性。利用在接近出口的下游通道设置的光学编码技术来检查聚集的细胞。借助特殊的光学编码图案，所定制的运算法则可以提高信噪比，并使得分析的敏感度和精确性更佳。蛛网螺旋微流控装置参照附图，特别是图1，示出了基于至少一个实施方式的蛛网螺旋微流控装置。蛛网螺旋微流控装置100基于尺寸来分离微粒子，进而根据特定的范围内的尺寸来对微粒子进行计数。蛛网螺旋微流控装置100包括：用于接收流体样品的入口102、具有多条环道105A-105E的微通道104、多条分支通道110、出口106和检查部分120。微通道104和分支通道110可使用微细加工技术如光刻技术来形成于基板130(未图示)上。这样的装置可称为芯片实验室(LoC)系统。微通道104和分支通道110可使用塑性材料(如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环状烯烃共聚物(COC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(PBS)、聚氯乙烯(PVC))或玻璃来形成。在一个实施方式中，微流控装置由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。就微通道而言，尺寸规格可为500μm宽、50μm高且约40cm长，使用软平版印刷方法来形成，所述软平版印刷方法使用50μm厚的SU-8光致抗蚀剂层作为模具或使用带有设计图案的经蚀刻的硅作为模具。在有些实施方式中，微通道的直径可为300μm至600μm、500μm至800μm、700μm至1000μm、900μm至1500μm、1400μm至1800μm或1600μm至2000μm。微通道的直径可取决于粒子尺寸。微通道的直径和形状以使特定尺寸范围的粒子在合理的时间范围内能够到达平衡位置的方式设计。检查部分的截面的尺寸规格为250μm宽、50μm高且200μm长。显影SU-8抗蚀剂后，将PDMS预聚物和固化剂以10:1的混合比浇注在SU-8模具上。将聚合物混合物在65℃固化4小时，并从模具剥离PDMS层。通过氧等离子体处理，将PDMS层与玻璃片结合，以完成微流控装置。将检查部分120与微通道104接合，以使样品流体可流过微通道104到达检查部分120。在有些实施方式中，检查部分120是从微通道104延伸出的检查通道。在检查部分的玻璃片(glassslide)上，狭缝图案125通过沉积不透明的材料如Ti/Au的金属膜或进行黑色印刷来形成。为了对细胞计数，激光源通过具有狭缝图案的玻璃片传播，以确定在微通道内的细胞。流动细胞的前向散射信号通过置于与光束呈约0.5～5度、2～5度、3～6度、5～9度、8～13度、0.5～15度的Si光二极管进行检测。光学编码技术对持有移动的细胞的空间位置和速度信息的前向散射信号进行编码。借助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速粒子计数用微流控装置，包含：用于接收流体样品的入口，其中，流体样品包含多个第一粒子；具有多条环道的微通道，使所述流体样品从所述入口移动至所述微通道的所述环道；多条分支通道，每条分支通道至少与所述多条环道中两条邻接的环道相互连接；以及检查通道，所述检查通道包含狭缝图案，所述狭缝图案用于对来自微通道且经过检查通道的所述第一粒子进行光学粒子计数；其中，当第一粒子进入检查通道时，所述第一粒子向检查通道的内侧通道壁面迁移并对其进行光学计数。

【技术特征摘要】
2014.12.18 US 62/093,9921.一种快速粒子计数用微流控装置，包含：
用于接收流体样品的入口，其中，流体样品包含多个第一粒子；
具有多条环道的微通道，使所述流体样品从所述入口移动至所述微通道的
所述环道；
多条分支通道，每条分支通道至少与所述多条环道中两条邻接的环道相互
连接；以及
检查通道，所述检查通道包含狭缝图案，所述狭缝图案用于对来自微通道
且经过检查通道的所述第一粒子进行光学粒子计数；其中，当第一粒子进入检
查通道时，所述第一粒子向检查通道的内侧通道壁面迁移并对其进行光学计
数。
2.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述流体样品进一步包含微
气泡，并且分支通道捕获一些微气泡，并使到达检查通道的微气泡数减少。
3.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述分支通道捕获流体样品
的微气泡以便在所述第一粒子经过所述检查通道时所述第一粒子到达接近内
侧通道壁面的第一平衡位置。
4.如权利要求4所述的微流控装置，其中，所述流体样品进一步包含多
个第二粒子，并且在第二粒子经过检查通道时第二粒子到达与所述第一平衡位
置不同的第二平衡位置。
5.如权利要求5所述的微流控装置，其中，所述第一粒子的平均直径大
于所述第二粒子的平均直径。
6.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述微通道的所述环道引起
对流体样品中的粒子作用的升力和迪恩力，并且，由于所述升力和所述迪恩力
的平衡，从而当所述第一粒子经过检查通道时第一粒子到达接近内侧通道壁面
的第一平衡位置。
7.如权利要求1所述的微流控装置，进一步包含：
照亮流体样品中的粒子的光源；
光电检测器，收集来自所述流体样品中的所述粒子且穿过狭缝图案传输的

\t光学信号；以及
用于输出所述流体样品的出口。
8.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述流体样品进一步包含微
气泡，并且所述分支通道将有些所述微气泡分成更小的微气泡。
9.一种方法，是使用权利要求1所述的微流控装置来进行粒子计数的方
法，包含：
将包含多个第一粒子的流体样品以一定流量供应至具有多条环道的微通
道中；
将流体样品的微气泡捕获至微流控装置的分支通道中，每条分支通道与多
条环道中的两条环道相互连接；
使所述第一粒子经过与所述微通道结合的检查通道，所述检查通道具有狭
缝图案；
根据流量和所述环道的尺寸规格，将所述第一粒子引导至第一平衡位置；
以...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗峰，陈昱祯，
申请(专利权)人：吴宗峰，陈昱祯，
类型：发明
国别省市：美国;US