基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统，该装置包括细胞储液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入细胞储液器内，另一端与细胞形变量检测芯片的入口端相连；细胞形变量检测芯片的出口端与癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；CMOS高速摄像机设置在细胞形变量检测芯片下捕捉变形细胞图像；处理器根据获取的变形细胞图像确定变形细胞的形变量，并根据此形变量确定该变形细胞是否为癌细胞，若是则处理器输出驱动信号驱动电极产生介电泳力使变形细胞流向癌细胞分离芯片的癌细胞出口端。应用本发明专利技术，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。

Cancer Cell Separation Device and Control System Based on Cell Deformation and Dielectrophoresis Force

The invention discloses a cancer cell separation device and control system based on cell deformation and dielectrophoresis force, which comprises a cell reservoir and an injection micropump; one end of the injection micropump is inserted into the cell reservoir, the other end is connected with the entrance end of the cell deformation measurement chip; the exit end of the cell deformation measurement chip is phase with the entrance end of the metamorphic cell separation chip. The CMOS high-speed camera is set up under the cell deformation detection chip to capture the image of deformed cells. The processor determines the deformation of deformed cells based on the obtained deformed cell image and determines whether the deformed cells are cancer cells or not. If so, the processor outputs a driving signal to drive the electrodes to generate dielectrophorestic force, which causes the deformed cells to flow to the cancer cells of the cancer cell separation chip. Exit end. The invention can quickly detect the deformation of cells and separate cancer cells from blood samples of patients according to the difference of the deformation of cancer cells and normal cells.

【技术实现步骤摘要】
基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统
本专利技术涉及细胞分选分离
，特别涉及一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统。
技术介绍
癌症是一种严重危害人类健康的重大疾病，其发病率和死亡率呈逐年上升的趋势。对于相同来源的细胞，发生癌变的细胞比正常细胞更软，更容易产生变形，更易于癌症发生转移。长期以来，机械表型一直被认为是量化细胞中生理和病理起源的功能变化的无标记方法。这种方法已经在细胞分化和恶性转移的背景下得到验证，并催生了许多基础研究方法的发展。其中，单细胞的变形性的改变可以作为一种生物学研究的重要指标。相对于生物分子标记物，这种无标记的可变形性的指标不需要染色、抗体处理等一些预处理步骤，可节省更多的操作成本。细胞在癌变的过程中，细胞的变形性质就已经发生了变化。处于不同癌变阶段的细胞，其变形能力是不同的。这表明通过测量细胞的刚度，原则上可以区分处于不同癌变程度的细胞，这为监控癌症从侵袭前到侵袭的发生发展提供了一种可能。细胞的变形性可以作为细胞癌变的敏感标志，因此测量细胞刚度具有重要的临床意义。目前检测细胞变形性的方法主要有原子力显微镜方法、微管吸吮技术、细胞压痕、激光衍射法、流体剪切法等。这些测量方法各有优缺点，如微管吸吮方法是目前研究细胞力学常用的方法之一，但是此方法一次只能反映单个细胞变形性，检测速率低(10-100个细胞/h)，不适合临床应用；而原子力显微镜方法操作复杂，设备昂贵，检测速率同样很低。因此设计一种高通量的癌细胞形变量的方法是十分有必要的。高通量检测病变部位细胞的刚度，不仅可以判断病人处于癌症的阶段，并且可以根据细胞刚度的不同，对细胞进行分离。虽然检测细胞形变量的方法很多，但是这些方法仅仅检测细胞的刚度，未考虑将细胞的这种无标记的特征作为癌细胞分离的依据。基于细胞的变形性特征作为分离标志对于癌症的研究和诊断有重大的潜在意义，可用于癌症的分期、复发检测、癌症抗药性的分子分析等。目前，现有的细胞分离技术如离心法和过滤法耗费时间长、产率低、需要的样本量大，不适合微量珍贵样品的分析；基于抗体的方法能够得到特定类型的细胞却需要复杂的处理过程。如今，微流控芯片的微通道缩小到微米级，可以精确操控微尺度的流体，样品以及试剂的消耗量得以大大降低，反应时间大大缩短，非常适合细胞分离。随着微流控技术的发展，介电泳力技术被引入到微流控芯片上，用于微粒、液滴以及细胞的分离和操纵。对于介电泳力技术来说，其通过在非均匀电场中使微粒产生极化现象，在介电泳力的作用下驱使细胞运动。介电泳力的大小与被操纵的粒子的尺寸成比例，根据不同细胞在微流控芯片中所受介电泳力的差异，从而实现对细胞的分离。基于介电泳力的微流控芯片用于细胞的分离有诸多优点，首先，不需要染色或者抗体处理；其次，生物相容性好，不会对细胞产生损伤；最后，便于控制，可以通过调节施加电场的电压和频率改变细胞的所受的介电泳力，因此对细胞进行分离比较灵活。尽管基于介电泳力的分离方法有诸多优点，但是却不能根据标记物分离特定目标的细胞。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置，所述癌细胞分离装置包括细胞储液器、注射微泵、LED灯、细胞形变量检测芯片、癌细胞分离芯片、CMOS高速摄像机以及处理器；所述细胞储液器内放置细胞悬浮液；所述细胞悬浮液为待检测细胞；所述注射微泵的一端伸入所述细胞储液器内，所述注射微泵的另一端通过聚合物管与所述细胞形变量检测芯片的入口端相连；所述细胞形变量检测芯片的出口端与所述癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；所述癌细胞分离芯片还设有鞘流入口端、正常细胞出口端和癌细胞出口端；所述LED灯设置在所述细胞形变量检测芯片上且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行照射，所述CMOS高速摄像机设置在所述细胞形变量检测芯片下且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行拍摄；所述处理器的输入端与所述CMOS高速摄像机连接，所述处理器的输出端与所述癌细胞分离芯片内的电极连接。可选的，所述细胞形变量检测芯片包括第一玻璃基底和含有微缩通道的盖片；所述微缩通道依次包括第一通道、收缩通道和第二通道；所述收缩通道的横截面为正方形；所述收缩通道的横截面的尺寸为25μm*25μm；所述第一通道和所述第二通道的直径均为1.5mm。可选的，所述微缩通道的长度为5mm。可选的，所述癌细胞分离芯片包括第二玻璃基底和含有微通道的盖片；在所述微通道的内壁一侧镶嵌多个齿状结构的电极，且相邻电极的极性相反；所述电极产生的介电泳力作用于所述微通道内的变形细胞。可选的，所述微通道的高为60μm，所述微通道的宽度为3mm；所述第二玻璃基底的厚度为500μm。可选的，所述电极是通过将200nm厚的铂电极溅射在20nm厚的钛粘合层上，然后通过剥离图案化后形成。可选的，所述电极上铺一层多孔水凝胶层。可选的，所述癌细胞分离装置还包括连接通道；所述细胞形变量检测芯片的出口端通过所述连接通道与所述癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连。可选的，所述注射微泵用于提供驱动力。本专利技术还提供了一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离控制系统，所述癌细胞分离控制系统包括：所述CMOS高速摄像机用于捕捉细胞形变量检测芯片内的变形细胞图像；所述处理器包括处理模块和判断模块；所述处理模块，与所述CMOS高速摄像机连接，用于获取所述变形细胞图像，并对所述变形细胞图像进行处理，确定变形细胞的形变量；所述判断模块，与所述电极连接，用于判断所述变形细胞的形变量是否大于预先存储在所述处理器的设定阈值，并当所述变形细胞的形变量大于所述设定阈值时输出驱动信号，将所述驱动信号传输至所述电极以驱动所述电极产生介电泳力使所述变形细胞流向癌细胞分离芯片的癌细胞出口端；当所述变形细胞的形变量小于或者等于所述设定阈值时不输出驱动信号，所述变形细胞流向所述癌细胞分离芯片的正常细胞出口端；所述设定阈值为正常细胞形变量与癌细胞形变量的分界值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置及控制系统，该装置包括内放置细胞悬浮液的细胞储液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入细胞储液器内，另一端与细胞形变量检测芯片的入口端相连；细胞形变量检测芯片的出口端与癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；癌细胞分离芯片还设有鞘流入口端、正常细胞出口端和癌细胞出口端；LED灯设置在细胞形变量检测芯片上；CMOS高速摄像机设置在细胞形变量检测芯片下来捕捉细胞形变量检测芯片内的变形细胞图像；处理器的输入端与CMOS高速摄像机连接，处理器的输出端与癌细胞分离芯片的电极连接；该处理器根据获取的变形细胞图像确定变形细胞的形变量，并根据变形细胞的形变量确定该变形细胞是否为癌细胞，若是则处理器输出驱动信号驱动电极产生介电泳力使变形细胞流向癌细胞出口端。应用本专利技术，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。附图说明为了更清楚地说明本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置，其特征在于，所述癌细胞分离装置包括细胞储液器、注射微泵、LED灯、细胞形变量检测芯片、癌细胞分离芯片、CMOS高速摄像机以及处理器；所述细胞储液器内放置细胞悬浮液；所述细胞悬浮液为待检测细胞；所述注射微泵的一端伸入所述细胞储液器内，所述注射微泵的另一端通过聚合物管与所述细胞形变量检测芯片的入口端相连；所述细胞形变量检测芯片的出口端与所述癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；所述癌细胞分离芯片还设有鞘流入口端、正常细胞出口端和癌细胞出口端；所述LED灯设置在所述细胞形变量检测芯片上且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行照射，所述CMOS高速摄像机设置在所述细胞形变量检测芯片下且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行拍摄；所述处理器的输入端与所述CMOS高速摄像机连接，所述处理器的输出端与所述癌细胞分离芯片内的电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于细胞形变量和介电泳力的癌细胞分离装置，其特征在于，所述癌细胞分离装置包括细胞储液器、注射微泵、LED灯、细胞形变量检测芯片、癌细胞分离芯片、CMOS高速摄像机以及处理器；所述细胞储液器内放置细胞悬浮液；所述细胞悬浮液为待检测细胞；所述注射微泵的一端伸入所述细胞储液器内，所述注射微泵的另一端通过聚合物管与所述细胞形变量检测芯片的入口端相连；所述细胞形变量检测芯片的出口端与所述癌细胞分离芯片的变形细胞入口端相连；所述癌细胞分离芯片还设有鞘流入口端、正常细胞出口端和癌细胞出口端；所述LED灯设置在所述细胞形变量检测芯片上且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行照射，所述CMOS高速摄像机设置在所述细胞形变量检测芯片下且对所述细胞形变量检测芯片内的变形细胞进行拍摄；所述处理器的输入端与所述CMOS高速摄像机连接，所述处理器的输出端与所述癌细胞分离芯片内的电极连接。2.根据权利要求1所述的癌细胞分离装置，其特征在于，所述细胞形变量检测芯片包括第一玻璃基底和含有微缩通道的盖片；所述微缩通道依次包括第一通道、收缩通道和第二通道；所述收缩通道的横截面为正方形；所述收缩通道的横截面的尺寸为25μm*25μm；所述第一通道和所述第二通道的直径均为1.5mm。3.根据权利要求2所述的癌细胞分离装置，其特征在于，所述微缩通道的长度为5mm。4.根据权利要求1所述的癌细胞分离装置，其特征在于，所述癌细胞分离芯片包括第二玻璃基底和含有微通道的盖片；在所述微通道的内壁一侧镶嵌多个齿状结构的电极，且相邻电极的极性相反；所述电极产生的介电泳力作用于所述微通道内的变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯俊，杜盼盼，刘娜，刘媛媛，谢少荣，杨毅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31