一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，包括微流控芯片以及设置在所述微流控芯片一侧的激光计数部件和拉曼激光采谱与检测部件，所述微流控芯片包括上层辅助结构、中层筛选区和下层鞘流计数检测区，所述上层辅助结构覆盖在中层筛选区之上，所述中层筛选区覆盖在下层鞘流计数检测区之上。本发明专利技术基于二次流狄恩流惯性效应和柱形筛选结构按大小对细胞进行分选，所集成的激光计数部件和拉曼激光采谱与检测部件可在细胞分选完成后对所分选的细胞进行计数和检测；本发明专利技术集成度较高，是一种不损伤细胞、高性价比、多功能、微型化的细胞分选、计数和检测工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控芯片和生物医药研究、生化检测
，具体是一种基于二次流狄恩流惯性效应的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置。
技术介绍
各种细胞分离和筛查方法在医疗诊断、临床治疗、细胞生物学等领域中担当着不可缺少的重要角色。目前使用较为广泛的细胞分选方法是膜过滤法和流式细胞分析术，膜过滤法的最大缺点是膜孔易被细胞堵塞，导致分离效率降低、样品损失和污染等。流式细胞分析术（荧光激活细胞分类术）的主要缺点是仪器较大、需要样品剂量大、操作复杂，只能依赖于中心实验室，由专业人员操控，且操作过程影响细胞活性。由传统流式细胞分析术演化而来的磁性激活细胞分选法，具有通量高、特异性强和分选纯度高等优点。但是需要对目标细胞进行独特的抗体修饰，增加了细胞分选过程的复杂度，延长了实验周期，最主要的是破坏了细胞的原始状态，从而制约了该技术的推广使用。此外，上述细胞分离方法不能与其他的分析检测装置集成或结合，无法应用于构建更为复杂的检测与分析系统，目前所存在的细胞分选方法已经无法满足日新月异的细胞检测的需求。微流控芯片是一种可以操作微量级样品的微小器件，在微流控芯片上集成有许多细小的微通道，以便流体通过和对其进行操作。在微流控芯片上设置弯曲通道，当流体流经弯曲通道时，除了沿弯曲通道向前运动外，在垂直于流动方向的横截面上会形成一对反向涡流，它们在弯曲通道的中部向管壁内侧运动，而在顶部和底部向管壁外侧运动，这种流动称为二次流狄恩流。在狄恩流惯性效应的作用下，流体中的细胞按大小排列在弯曲通道横截面内，沿弯曲通道向前运动形成各自的流通路线，最终在出口处按照水平位置的不同进入不同的分选通道中。利用狄恩流惯性效应进行细胞分选的优势在于：利用高流速实现狄恩流惯性效应，在微通道内对一定尺寸的微粒或细胞进行流动排列，大大提高了处理样品的通量；分选时无需施加任何外力如电磁力、机械力等，不会损害细胞活力；芯片装置结构简单，体积小，无需机械或电子部件，易于作为功能模块与现有的一些芯片实验室系统集成结合。凭借相关优点，利用狄恩流惯性效应的细胞分选微流控芯片在生物分析和临床医学等领域得到广泛应用。通过查阅国内外相关文献和自主实验发现，目前各种基于狄恩流效应的细胞分选微流控芯片具有较高的分选效率，一般可以达到80%以上；然而只在狄恩流惯性效应的作用下，始终会有少数其他尺寸的细胞混杂在某一单一尺寸的细胞流通路线中，进入指定的分选通道中，降低了最终的分选率，在自主实验中也发现了这一现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，该装置采用基于二次流狄恩流惯性效应和柱形筛选结构的微流控芯片对细胞按大小进行分选，并集成激光计数部件、拉曼激光采谱与检测部件，可在细胞分选完成后对所分选的细胞进行计数和检测。本专利技术的技术方案为：一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，包括微流控芯片以及设置在所述微流控芯片一侧的激光计数部件和拉曼激光采谱与检测部件，所述微流控芯片包括上层辅助结构、中层筛选区和下层鞘流计数检测区，所述上层辅助结构覆盖在中层筛选区之上，所述中层筛选区覆盖在下层鞘流计数检测区之上；所述上层辅助结构上设有待分选样品液上层入口、夹持流上层入口、剩余样品液上层出口和鞘流液上层出口，所述中层筛选区上设有待分选样品液中层入口、单螺旋状弯曲微通道、已分选样品液中层出口、剩余样品液中层出口、夹持流中层过渡口和鞘流液中层过渡口，所述下层鞘流计数检测区上设有已分选样品液下层入口、夹持流下层入口、微通道和鞘流液下层出口；所述待分选样品液上层入口与待分选样品液中层入口连通，所述已分选样品液中层出口与已分选样品液下层入口连通，所述剩余样品液中层出口与剩余样品液上层出口连通，所述夹持流上层入口通过夹持流中层过渡口与夹持流下层入口连通，所述鞘流液下层出口通过鞘流液中层过渡口与鞘流液上层出口连通；所述单螺旋状弯曲微通道具有若干个螺旋圈，每个螺旋圈中均设有柱形筛选结构，所述柱形筛选结构由若干行均匀排列的圆柱构成，由内而外的各个螺旋圈中的柱形筛选结构，其圆柱之间的距离依次减小；所述单螺旋状弯曲微通道的内侧或外侧设有旁侧通道，所述旁侧通道的一端与单螺旋状弯曲微通道连通，另一端与已分选样品液中层出口连通；所述下层鞘流计数检测区划分为聚焦区域、计数区域和采谱检测区域，所述已分选样品液和夹持流在聚焦区域汇聚成鞘流，所述鞘流用于对已分选的同尺寸细胞进行聚焦，使同尺寸细胞排列成行逐个通过计数区域和采谱检测区域。所述的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，所述激光计数部件包括激光器、信号接收器和数据处理系统，所述激光器输出的激光束垂直于计数区域入射，所述信号接收器的输出端与数据处理系统的输入端连接。所述的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，所述拉曼激光采谱与检测部件包括拉曼激光光源、检测器和拉曼信号处理系统，所述拉曼激光光源输出的激光束垂直于采谱检测区域入射，所述检测器的输出端与拉曼信号处理系统的输入端连接。所述的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，所述聚焦区域的微通道为类十字形，由主通道和设置在主通道两侧且夹角小于90度的两个侧通道构成；所述主通道的一端与已分选样品液下层入口连通，另一端分别与两个侧通道的一端连通，所述两个侧通道的另一端分别与夹持流入口连通。所述的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，所述计数区域和采谱检测区域的微通道均为直线形。所述的用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，所述上层辅助结构、中层筛选区和下层鞘流计数检测区均为长方形，其中，所述中层筛选区和下层鞘流计数检测区均由一块整体的PDMS板构成。本专利技术的有益效果为：由上述技术方案可知，本专利技术提供了一种集成度较高、不损伤细胞、高性价比、多功能、微型化的细胞分选检测工具，本专利技术中的微流控芯片无需施加任何外力如电磁力、机械力等，只利用自身的单螺旋状弯曲微通道特性形成的狄恩流惯性效应即可对细胞按大小进行分选，并通过在单螺旋状弯曲微通道各个螺旋圈中增加柱形筛选结构和旁侧通道，进一步提高了基于狄恩流惯性效应进行细胞分选的效率，从而提高了微流控芯片分选细胞的精确性和可靠性。本专利技术将多种分析检测手段相结合，利用鞘流对细胞进行聚焦，利用激光对分选、聚焦后的细胞进行计数，利用拉曼光谱对细胞进行采样，是一种较为复杂的多功能、高集成化的微流控芯片检测与分析系统，具有快速、高通量、高效率、多功能、集成化和微型化等特点，有望在生物分析和临床医学等领域得到广泛应用。附图说明图1是本专利技术的微流控芯片的整体结构示意图；图2是本专利技术的微流控芯片的单螺旋状弯曲微通道的结构示意图；图3是本专利技术的微流控芯片的柱形筛选结构和旁侧通道的分布示意图；图4是本专利技术的微流控芯片利用弯曲微通道形成狄恩流惯性效应的原理示意图；图5是本专利技术的微流控芯片利用柱形筛选结构去除单一尺寸细胞流通路线中少数其他尺寸细胞的示意图；图6是本专利技术的微流控芯片利用鞘流对细胞聚焦排列成行的原理示意图；图7是本专利技术的激光计数部件结构示意图；图8是本专利技术的拉曼激光采谱与检测部件结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。如图1、图2所示，一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，其特征在于：包括微流控芯片以及设置在所述微流控芯片一侧的激光计数部件和拉曼激光采谱与检测部件，所述微流控芯片包括上层辅助结构、中层筛选区和下层鞘流计数检测区，所述上层辅助结构覆盖在中层筛选区之上，所述中层筛选区覆盖在下层鞘流计数检测区之上；所述上层辅助结构上设有待分选样品液上层入口、夹持流上层入口、剩余样品液上层出口和鞘流液上层出口，所述中层筛选区上设有待分选样品液中层入口、单螺旋状弯曲微通道、已分选样品液中层出口、剩余样品液中层出口、夹持流中层过渡口和鞘流液中层过渡口，所述下层鞘流计数检测区上设有已分选样品液下层入口、夹持流下层入口、微通道和鞘流液下层出口；所述待分选样品液上层入口与待分选样品液中层入口连通，所述已分选样品液中层出口与已分选样品液下层入口连通，所述剩余样品液中层出口与剩余样品液上层出口连通，所述夹持流上层入口通过夹持流中层过渡口与夹持流下层入口连通，所述鞘流液下层出口通过鞘流液中层过渡口与鞘流液上层出口连通；所述单螺旋状弯曲微通道具有若干个螺旋圈，每个螺旋圈中均设有柱形筛选结构，所述柱形筛选结构由若干行均匀排列的圆柱构成，由内而外的各个螺旋圈中的柱形筛选结构，其圆柱之间的距离依次减小；所述单螺旋状弯曲微通道的内侧或外侧设有旁侧通道，所述旁侧通道的一端与单螺旋状弯曲微通道连通，另一端与已分选样品液中层出口连通；所述下层鞘流计数检测区划分为聚焦区域、计数区域和采谱检测区域，所述已分选样品液和夹持流在聚焦区域汇聚成鞘流，所述鞘流用于对已分选的同尺寸细胞进行聚焦，使同尺寸细胞排列成行逐个通过计数区域和采谱检测区域。...

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞精细分选、计数和检测的微流控芯片装置，其特征在于：包括微流控芯片以及设置在所述微流控芯片一侧的激光计数部件和拉曼激光采谱与检测部件，所述微流控芯片包括上层辅助结构、中层筛选区和下层鞘流计数检测区，所述上层辅助结构覆盖在中层筛选区之上，所述中层筛选区覆盖在下层鞘流计数检测区之上；所述上层辅助结构上设有待分选样品液上层入口、夹持流上层入口、剩余样品液上层出口和鞘流液上层出口，所述中层筛选区上设有待分选样品液中层入口、单螺旋状弯曲微通道、已分选样品液中层出口、剩余样品液中层出口、夹持流中层过渡口和鞘流液中层过渡口，所述下层鞘流计数检测区上设有已分选样品液下层入口、夹持流下层入口、微通道和鞘流液下层出口；所述待分选样品液上层入口与待分选样品液中层入口连通，所述已分选样品液中层出口与已分选样品液下层入口连通，所述剩余样品液中层出口与剩余样品液上层出口连通，所述夹持流上层入口通过夹持流中层过渡口与夹持流下层入口连通，所述鞘流液下层出口通过鞘流液中层过渡口与鞘流液上层出口连通；所述单螺旋状弯曲微通道具有若干个螺旋圈，每个螺旋圈中均设有柱形筛选结构，所述柱形筛选结构由若干行均匀排列的圆柱构成，由内而外的各个螺旋圈中的柱形筛选结构，其圆柱之间的距离依次减小；所述单螺旋状弯曲微通道的内侧或外侧设有旁侧通道，所述旁侧通道的一端与单螺旋状弯曲微通道连通，另一端与已分选样品液中层出口连通；所述下层鞘流计数检测区划分为聚焦区域、计数区域和采谱检测区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱武，孙恒辉，王大朋，史庆华，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34