一种微流控芯片及基于微流控芯片的全血分离方法技术

本发明专利技术提供的微流控芯片，当全血流经所述分叉支路通道口时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道，本发明专利技术提供的微流控芯片，通过分叉多支路结构所构建的微流控芯片能够实现无需外源动力的全血分离；当所述微流控芯片通过位于分叉支路通道的流阻调节单元130进行流阻调节，实现调节血浆的收集效率；所述微流控芯片通过位于末端的毛细泵单元140提供毛细驱动力及实现定量、收集血浆/血清的功能，最终实现片上自驱动式的全血分离。本发明专利技术提供的微流控芯片，在集成化、微小型化的床旁即时检测领域展现巨大的应用潜力。

A microfluidic chip and whole blood separation method based on microfluidic chip

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片及基于微流控芯片的全血分离方法
本专利技术涉及微流控技术
，特别涉及一种微流控芯片及基于微流控芯片的全血分离方法。
技术介绍
血液作为临床诊断中最普及的样本，包含了人体中极大比例的疾病标志物，适用于如免疫诊断、临床生化、分子诊断等多种检测，是目前最为常用的样本对象。大部分针对血液进行的检测，需要在样品预处理阶段，从血液中去除血细胞进行血浆或血清的提取，或需要富集血液中的细胞，以进行相关的下一步检测。与传统的离心、过滤和盐析等全血分离的方法不同，在微流控技术、芯片实验室等新兴的体外诊断领域，需要相应的新型微型化，高集成度的全血分离方法。目前基于微流控技术的全血分离方法可根据有无外源物理场提供动力而分为主动与被动式两类。主动式方法由于涉及磁、电、超声波等复杂控制结构，不易与其他微流控功能器件集成。被动式方法主要依靠流体动力学与微通道几何结构实现血液不同的行为控制，制备工艺相对简单，易于集成，在开发微小型化的床旁检测(Point-of-care)仪器上显现优势。根据分离原理的不同，被动式微流控全血分离方法可分为过滤、沉降和细胞定向迁移三种。与另外两种方法不同，细胞定向迁移法通过对血细胞运行轨迹进行定向操控以实现有效的血浆提取，在开发易操控的高纯度全血分离器件领域具有优势。目前细胞定向迁移法用于全血分离主要有以下两种实现方案：1、确定性侧向位移法，血液在层流过程中通过一系列规则有序的微结构，细胞会根据自身不同的尺寸发生确定性的侧向位移，由此实现血浆和血细胞的分离；2、流体动力法，利用竖直或弯曲管壁对细胞产生的惯性力、粘滞力、迪恩涡等方式实现细胞的定向侧向迁移，达到与血浆分离的目的。由于血液本身粘稠度高，血浆分离后会进一步增大，所以目前基于上述两种方法实现的全血分离均需要通过负压泵或流体泵给血液提供动力控制，不易于整体分离装置的微小型化。
技术实现思路
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种集成化及微小型化程度高的微流控芯片及基于所述的微流控芯片的全血分离方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一方面，本专利技术提供了一种微流控芯片，包括：至少一分叉支路单元，任意一所述分叉支路单元包括主通道以及由所述主通道延伸出的至少一分叉支路通道，任意一所述分叉支路单元前端和后端均设有流阻调节单元，所述流阻调节单元对所述分叉支路单元的前端和后端分别进行流阻调节，当全血流经所述分叉支路通道口时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道。在一些较佳的实施例中，所述分叉支路通道的宽度为10～500微米，所述主通道宽度为20～1000微米。在一些较佳的实施例中，还包括进样口单元，所述进样口单元在圆周边缘设有微柱阵列，在血液经所述进样口单元可过滤尺寸较大的聚团细胞以及杂质。在一些较佳的实施例中，所述微柱的直径为10～500微米，所述微柱间距为10～500微米。在一些较佳的实施例中，所述进样口单元的一端设有引流挖口，通过所述引流挖口可避免血液在所述微柱阵列过滤时堵塞。在一些较佳的实施例中，所述主通道与分叉支路通道流阻比例为1:2.5～1:200。在一些较佳的实施例中，还包括可收集血液及血浆的毛细泵单元，所述毛细泵单元为微柱阵列状分布。在一些较佳的实施例中，所述微流控芯片为单层或者多层结构，所述微流控芯片的微通道深度为30～1000微米。另一方面，本专利技术还提供了一种基于所述的微流控芯片的全血分离方法，包括下述步骤：在所述微流控芯片的进样口单元加入血液样本；在所述分叉支路通道的前端和后端设置的所述流阻调节单元作用下，对所述分叉支路通道的前端和后端分别进行流阻调节；血液流经所述分叉支路通道时，由于两侧受到的剪切力不对称，血细胞会定向经入所述主通道，血浆会进入所述分叉支路通道；进入所述分叉支路通道的血浆在毛细力自驱动下继续前进，直至进入所述毛细泵单元；分离后的血液在所述主通道中通过所述流阻调节单元，直至进入所述毛细泵单元；所述毛细泵单元收集、量取血液及血浆。本专利技术采用上述技术方案的优点是：本专利技术提供的微流控芯片，包括至少一分叉支路单元，任意一所述分叉支路单元包括主通道以及由所述主通道延伸出的至少一分叉支路通道，当全血流经所述分叉支路通道口时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道，本专利技术提供的微流控芯片，通过分叉多支路结构所构建的微流控芯片能够实现无需外源动力的全血分离，且通过液路自身的设计可以对血浆/血清的收集效率进行调控，在集成化、微小型化的床旁即时检测领域展现巨大的应用潜力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例一提供的微流控芯片的结构示意图；图2为本专利技术实施例一提供的分叉支路单元110的局部放大图；图3为本专利技术实施例二提供的微流控芯片的工艺原理图；图4为本专利技术实施例三提供的基于所述的微流控芯片的全血分离方法的步骤流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一请参阅图1，为本专利技术实施例一提供的微流控芯片的结构示意图，包括：至少一分叉支路单元110，任意一所述分叉支路单元110包括主通道111以及由所述主通道111延伸出的至少一分叉支路通道112，当全血流经所述分叉支路通道112时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通111道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道112。以下详细说明各个部件的具体结构以及相互之间连接方式。请参阅图1中C以及图2为本实施例提供的任意一所述分叉支路单元110的结构示意图及局部放大图。在本实施例中，分叉支路通道112采用横向垂直于主通道111的多支路设计。可以理解，分叉支路通道112与主通道111的连接并不局限于横向垂直，只要与主通道交叉连接即可。在本实施例中，分叉支路通道112的形状排布为直线形。可以理解，多支路的形状排布不限于直线形，也可以是蛇形、螺旋等，尺寸也不限于该实施例中的示范，只需要满足Zweifach-Fung效应即可。在本实施例中，所述分叉支路通道112的宽度为10～500微米，所述主通道111宽度为20～1000微米。可以理解，实际中可根据情况，对分叉支路通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括至少一分叉支路单元，任意一所述分叉支路单元包括主通道以及由所述主通道延伸出的至少一分叉支路通道，任意一所述分叉支路单元前端和后端均设有流阻调节单元，所述流阻调节单元对所述分叉支路单元的前端和后端分别进行流阻调节，当全血流经所述分叉支路通道时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括至少一分叉支路单元，任意一所述分叉支路单元包括主通道以及由所述主通道延伸出的至少一分叉支路通道，任意一所述分叉支路单元前端和后端均设有流阻调节单元，所述流阻调节单元对所述分叉支路单元的前端和后端分别进行流阻调节，当全血流经所述分叉支路通道时，血细胞受到两侧的非对称剪切力，会选择流速大流阻小的所述主通道继续前进，而部分血浆则会进入所述分叉支路通道。


2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述分叉支路通道的宽度为10～500微米，所述主通道宽度为20～1000微米。


3.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，还包括进样口单元，所述进样口单元在圆周边缘设有微柱阵列，在血液经所述进样口单元可过滤尺寸较大的聚团细胞以及杂质。


4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述微柱的直径为10～500微米，所述微柱间距为10～500微米。


5.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述进样口单元的一端设有引流挖口，通过所述引流挖口可避免血液在所述微柱阵列过滤时堵塞。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈思卉，陈希，杨慧，张翊，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44