检测和分离细胞的微流体分选器制造技术

一种检测血样中的一个或多个病变血细胞的方法，该方法包括：将所述血样导入微流体装置的至少一个入口，该微流体装置包括一个或多个线性通道，其中每个线性通道具有一定长度，以及限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据病变血细胞与非病变血细胞相比而减弱的变形性沿着通道截面的至少一部分而分离病变血细胞，其中病变血细胞沿着所述通道的第一部分流到第一出口，而非病变血细胞沿着所述通道的第二部分流到第二出口。所述一个或多个通道能够适于根据细胞尺寸沿着部分通道截面而分离细胞。在某些实施方式中，所述一个或多个通道可为螺旋通道。

【技术实现步骤摘要】
检测和分离细胞的微流体分选器相关申请本申请是中国专利申请No.201180022034.5的分案申请，原申请的申请日为2011年03月04日，申请号为201180022034.5，专利技术创造名称为“检测和分离细胞的微流体分选器”。原申请要求2010年3月4日提交的编号为61/310,387的美国临时申请以及2010年9月17日提交的编号为61/383,881的美国临时申请的优先权。上述申请的全部教导通过引用合并于此。
技术介绍
用于分离细胞的常规宏观方法包括采用基于膜的过滤器的物理过滤法以及利用细胞的大小、变形性和密度之间的差异以过滤出目标细胞的密度梯度离心法。这些技术均为劳动密集型，并且需要进行多步骤的样本制备，从而可能引入人工痕迹或导致所需细胞的损失。膜过滤方法也容易受到堵塞的影响，需要频繁地清理。此外，目前已对经过滤技术和离心技术处理的目标细胞的原始表型中机械应力诱导变化的证据作了报告。因此存在明确的需求：开发更简单更有效的技术来处理血样，从而最小化细胞的损失并维持原始目标细胞表型，以便后续分析。
技术实现思路
微流体特别适合于初步处理血样，因为它的长度尺寸很小，可以更好地控制血液分离过程中的细胞微环境。现已针对不同的应用(例如RBC变形性的研究、血小板和血浆的分离、白细胞分离以及诸如CTC或胎儿细胞的罕见细胞从血液中分离)对片上血液分析进行了多组论证。然而，这些微流体系统的主要限制为样本稀释或流速缓慢造成的低处理量，使得它们不适于处理容量以毫升计的临床血样。此处描述了能克服这些问题的微流体装置。因此，本专利技术大体旨在提供一种检测样本中的(一种或多种)细胞的方法。在一个特定方面，本专利技术旨在提供一种检测血样(例如全血)中的一种或多种病变血细胞的方法。该方法包括：将血样导入微流体装置的至少一个入口，该微流体装置包括一个或多个线性(linear)通道，其中每个通道具有长度，以及限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据病变血细胞与非病变血细胞相比而减弱的变形性沿着所述通道截面的至少一部分而分离病变血细胞，其中病变血细胞(如果存在的话)沿着所述通道的第一部分流到第一出口，而非病变血细胞沿着所述通道的第二部分流到第二出口，从而检测样本中的一种或多种病变血细胞。在另一方面，本专利技术旨在提供一种检测人体样本中的一种或多种循环肿瘤细胞(CTC)的方法，该方法包括：将所述样本导入微流体装置的至少一个入口，该微流体装置包括一个或多个螺旋通道，其中每个通道具有长度，以及具有限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据细胞尺寸沿着所述通道截面的多个部分而分离循环肿瘤细胞，其中所述循环肿瘤细胞(如果存在的话)沿着所述通道的径向最内部分流到第一出口，样本中的其余细胞沿着所述通道的另一部分流到第二出口，从而检测人体样本中的一种或多种循环肿瘤细胞。在又一方面，本专利技术旨在提供一种从异步(asynchronous)细胞混合物(例如悬浮液)中分离一种或多种同步(synchronized)细胞的方法。该方法包括：将异步细胞混合物导入微流体装置的至少一个入口，该微流体装置包括一个或多个螺旋通道，其中每个通道具有长度，以及具有限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据细胞尺寸沿着所述通道截面的多个部分而分离同步细胞，其中其中较大的同步细胞沿着所述通道的径向最内侧部分流到第一出口，而较小的同步细胞沿着所述通道的其余部分流到至少一个其它出口，从而从异步细胞混合物中分离一种或多种同步细胞。在再一方面，本专利技术旨在提供一种检测人体样本中的一种或多种循环肿瘤细胞(CTC)的方法。该方法包括：将所述样本导入微流体装置的至少一个入口，该微流体装置包括一个或多个线性通道，其中每个通道具有长度，以及具有限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据细胞尺寸沿着通道截面的至少一部分而分离循环肿瘤细胞，其中所述循环肿瘤细胞(如果存在的话)沿着所述通道的第一部分流到第一出口，而样本中的其余细胞沿着所述通道的第二部分流到第二出口，从而检测人体样本中的一种或多种CTC。本专利技术具有许多优点，包括以相对高的流速连续工作，能够更快地处理临床样本，不必对样本进行化学改性，这减少了处理时间和成本，以及使得能够采集活细胞以进行后续的生物检测。附图说明通过附图所示的本专利技术的示例性实施方式的以下更加具体的描述，上述内容将更加清楚，如在附图中图示的，在不同的图中，相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定按照比例绘制，为了图示本专利技术的实施方式，代替的，可突出重点。图1A-1B是本专利技术的微通道设计以及分离原理的示意图。图1A是示出装置尺寸的微流体设计的示例图。在该装置中，微通道在输入处具有100μm的宽度部分，其收缩至15μm。在出口处，微通道以100μm的宽度截面开口，以通过分割比例为1：2：1的三出口分叉来增强可视效果。微通道高度被固定为10μm。图1B是示出分离原理的微通道的截面图和俯视图。随着流体到达出口，在微通道入口处随机分布的被感染的红细胞(iRBC)迁移至通道的侧壁，并且由三出口系统过滤。图2A-2C为直方图，其示出了改变2(A)1％红细胞比容(hematocrit)样本、2(B)10％红细胞比容样本以及2C40％红细胞比容样本中的流速的微通道出口处的标准化3μm珠分布。图3A和3B是这样的图：图3A是以5uL/min流速改变样本红细胞比容的侧出口处的3μm珠的过滤效率图；图3B是改变40％红细胞比容样本中流速的侧出口处的3μm珠的过滤效率图。此外图中示出了表示出口处通道截面的珠分布的荧光图像(白色虚线表示近似的通道壁边界)。图4A-4B为直方图，其示出了改变4A10％红细胞比容样本和4(B)40％红细胞比容样本中的流速的微通道出口处的标准化iRBC分布。与采用3μm珠的结果相反，在10％红细胞比容时观测不到iRBC边缘。在40％红细胞比容时，对于各种流动条件，～80％的iRBC迁移至侧壁边缘。图5是改变40％红细胞比容样本中流速的侧出口处的晚期的营养体/裂殖体iRBC的过滤效率图。同理图中示出了表示出口处通道截面的被DARI染色的iRBC分布的荧光图像(白色虚线表示近似的通道壁边界)。图6A-6B是表示在三个出口处采集的iRBC和常规RBC的浓度的流式细胞术(FACS)的数据图。图中示出了表示6A营养体/裂殖体晚期和6B环形阶段iRBC样本沿着三个出口的iRBC分布的计数(counting)结果。该结果表明，对晚期的营养体/裂殖体阶段的iRBC，过滤效率>90％，而对于早期环形阶段的iRBC，过滤效率为～75％。图7A-7B是由PDMS制成的具有单个入口和八个等分出口(标记为1-8)并且用于CTC分离的组合螺旋微通道的照片(微通道充满染料以便可视化)。图7A也示出了示出螺旋微通道的出口截面的微观图像。图8是用于CTC分离的螺旋分选器的示意图。在入口处，血细胞(RBC、白细胞、CTC)微通道截面的随机分布。在惯性升力和迪恩(Dean)涡的影响下，这些细胞基于它们的尺寸在截面内的区别(distinct)位置上保持平衡，其中较大的CTC在距离微通道内壁最近处保持平衡。然后，采用八个等距出口提取单个的细胞流，从而实现分离。图9A-9B均为示意图，其中图9A是为细胞周期同步而开发的螺旋微流体设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测血样中的一种或多种病变血细胞的方法，所述方法包括：将所述血样导入微流体装置的至少一个入口，所述微流体装置包括一个或多个线性通道，其中每个线性通道具有长度，以及限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据病变血细胞与非病变血细胞相比而减弱的变形性沿着所述通道截面的至少一部分而分离病变血细胞，其中病变血细胞沿着所述通道的第一部分流到第一出口，而非病变血细胞沿着所述通道的第二部分流到第二出口。

【技术特征摘要】
2010.03.04 US 61/310,387;2010.09.17 US 61/383,8811.一种检测血样中的一种或多种病变血细胞的方法，所述方法包括：将所述血样导入微流体装置的至少一个入口，所述微流体装置包括一个或多个线性通道，其中每个线性通道具有长度，以及限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据病变血细胞与非病变血细胞相比而减弱的变形性沿着所述通道截面的至少一部分而分离病变血细胞，其中病变血细胞沿着所述通道的第一部分流到第一出口，而非病变血细胞沿着所述通道的第二部分流到第二出口。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述病变细胞具有与所述非病变细胞不同的尺寸、硬度、变形性、粘性或它们的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述血样为全血。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述病变细胞为环形阶段、营养体阶段或裂殖体阶段的感染疟疾的红细胞。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述病变细胞为环形阶段感染疟疾的红细胞。6.根据权利要求5所述的方法，其中以约5μL/min的流速导入所述血样。7.根据权利要求6所述的方法，其中以约75％-约85％的效率分离所述环形阶段感染疟疾的红细胞，并以约90％的效率分离所述营养体阶段感染疟疾的红细胞。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种病变细胞为感染疟疾的红细胞、镰状细胞贫血红细胞、白血病红细胞或它们的组合。9.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述第一出口采集所述病变细胞。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述通道的纵横比为约1-约2。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述微流体装置还包括扩展区。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二出口的宽度为所述第一出口的约2-约10倍。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述通道的宽度为约15μm。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述通道的高度为约10μm。15.一种检测人体样本中的一种或多种循环肿瘤细胞的方法，所述方法包括：将所述样本导入微流体装置的至少一个入口，所述微流体装置包括一个或多个螺旋通道，其中每个通道具有长度，以及限定纵横比的高度和宽度的截面，适于根据细胞尺寸沿着所述通道截面的多个部分而分离循环肿瘤细胞，其中所述循环肿瘤细胞沿着所述通道的径向最内部分流到第一出口，而样本中的其余细胞沿着所述通道的另一部分流到第二出口。16.根据权利要求15所述的方法，还包括从所述第一出口采集所述循环肿瘤细胞。17.根据权利要求16所述的方法，还包括分析所述循环肿瘤细胞。18.根据权利要求17所述的方法，其中分析所述循环肿瘤细胞包括评估治疗处理效果。19.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：林水德，韩宗润，侯翰伟，阿里·阿斯加尔·巴哈盖，克里斯蒂恩·J·凡弗利特，李旺城，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG