可用于超高流速稳定捕获CTC的微流控芯片及装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及医疗诊断装置领域，具体涉及一种可用于超高流速稳定捕获CTC的微流控芯片及装置。本实用新型专利技术通过对流速限制关键结构的发现与优化，使单块的芯片流速上限提高3倍(约150mL/h)，且在高流速下仍然具有优异的捕获效率与捕获纯度。同时，通过对芯片排布方式的优化，本实用新型专利技术的三维微流控芯片在更有利于降低样品的流速和/或流量的同时，使单层芯片的面积缩小为原来的1/6

【技术实现步骤摘要】
可用于超高流速稳定捕获CTC的微流控芯片及装置


[0001]本技术涉及医疗诊断装置领域，具体涉及一种可用于超高流速稳定捕获CTC的微流控芯片及装置。

技术介绍

[0002]根据国际癌症研究机构的最新调查数据，2018年全球约出现1819万癌症新增病例，960万癌症死亡病例，而在癌症死亡病例中，转移癌是癌症致死的最大原因，因此癌症的早诊断早治疗尤为重要，能够有效防止转移癌的发生。循环肿瘤细胞(简称CTC)是由原位癌脱落进入循环系统的癌细胞，与癌症转移有着密切的关系。研究表明，大部分癌症患者在原发癌被发现的时候，其血液里已出现CTC，因此CTC对癌症的早期诊断、实时监测、预后评估中都起着重要作用，且相较于现有诊断手段，能够更早地发现癌症。但CTC属于稀有细胞，其在外周血中每毫升只有几个到几百个，由于缺乏高敏感性的技术手段对外周血中的CTC进行分离。因此，开发高效率高纯度捕获CTC且操作方便快捷的新技术无疑是当务之急。
[0003]在现有的微流控芯片设计中，一部分依赖于生化方法，通过癌细胞表面EpCAM受体进行特异性捕获，该方法往往需要复杂的前置操作，且处于上皮
‑
间叶转化(EMT)的CTC很难被检出；另一部分使用癌细胞与红细胞、白细胞物理特性的差异进行分离，而物理方法分选往往在流速上限和对流速的鲁棒性上无法兼顾，且捕获纯度偏低。
[0004]CN 111909828 A及Lu,C.,et al.,Lab on a Chip,2020.20(22):p.4094
‑
4105中均公开了一种适用于循环肿瘤细胞捕获的微流控芯片(如附图1所示)，该芯片在5
‑
40mL/h的流速区间均能达到90％以上的稳定捕获，且白细胞污染率较低(去除率为4log)。但是在后续研究中发现，在样品流速较高时，其对目标颗粒的捕获效率仍会有一定程度的下降。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本技术对其捕获效率降低的原因进行了探究，发现其是由微流控芯片中的样品通路(尤其是汇聚结构与分流通道的连接通道处)突然拓宽所导致的射流效应所导致的。根据上述发现，本技术对微流控芯片的结构进行了进一步优化，提供了一种高效率、高纯度、操作简单的可用于超高流速稳定捕获循环肿瘤细胞的微流控芯片及装置。
[0006]具体而言，本技术首先提供一种微流控芯片，其包含汇聚分流模块，所述汇聚分流模块包含入口、主通道、一个或多个汇聚分流单元、以及出口；
[0007]所述入口、一个或多个汇聚分流单元和出口通过主通道连通设置，样品由入口进入汇聚分流单元后由出口排出或者部分排出；
[0008]所述汇聚分流单元将样品中的目标颗粒汇聚在液流中心；同时将不含有目标颗粒的旁侧液流经出口排出或者部分排出，从而在不损失目标颗粒的情况下降低样品的流速和/或流量；
[0009]在样品通路中，当沿样品流动方向的通路拓宽时，在拓宽处通道的S
宽
/S
窄
≤8，更优
选S
宽
/S
窄
≤5；其中，S
宽
表示拓宽处通道的最大截面面积，S
窄
表示拓宽处通道的最小截面面积。
[0010]本技术发现，通过上述结构改进，可以很好地改善原芯片在样品流速较高时所具有的捕获效率损失。
[0011]作为优选，所述汇聚分流单元包括一个或多个串联排列的汇聚结构、以及分流通道；
[0012]所述汇聚结构将样品中的目标颗粒汇聚在液流中心，将分离出的不含有目标颗粒的旁侧液流经由所述分流通道向出口排出或者部分排出；
[0013]在所述汇聚结构与分流通道的连接通道处，S
宽
/S
窄
≤8，更优选S
宽
/S
窄
≤5；其中，S
宽
表示所述连接通道的最大截面面积，S
窄
表示所述连接通道的最小截面面积。
[0014]本技术进一步发现，在按上述方式设定所述汇聚结构与分流通道的连接通道后，芯片在样品高流速时的捕获效率有明显改善。
[0015]更优选地，所述汇聚结构与分流通道的连接通道呈弧线状，更优选为弧线状分支型结构。
[0016]作为优选，所述汇聚结构包括中心通道以及旁侧支流通道；
[0017]其中，所述中心通道在两端均与主通道相接并且同轴排列；
[0018]所述旁侧支流通道在两端均与主通道以及中心通道相交汇；进一步优选地，所述旁侧支流通道为两条，再一步优选地，所述两条旁侧支流通道排列在中心通道两侧，更优选地，所述两条旁侧支流通道对称排列在中心通道两侧，并且具有相同的尺寸参数。
[0019]在本技术中，通过控制各通道的流阻(即流动阻力)，使所述汇聚分流单元将样品中的目标颗粒汇聚在液流中心；同时将不含有目标颗粒的旁侧液流经出口排出或者部分排出，从而在不损失目标颗粒的情况下降低样品的流速和/或流量。
[0020]其中，所述流阻的比例关系基于通道的L(H+W)2/(HW)3的比值得出，L、W和H分别表示通道的长、宽和高。
[0021]流阻计算相关原理详见CN 111909828 A。
[0022]在本技术中，所述样品源自全血、血浆、血清、灌流液、尿液、组织液、脑脊液、细胞培养液或细胞混合液，更优选地，所述样品为全血或者灌流液。优选所述目标颗粒为肿瘤细胞，更优选为循环肿瘤细胞(CTC)。本领域人员可依照上述样品及目标颗粒的参数来设置微流控芯片中各样品通路的具体参数。
[0023]作为优选方案，在样品由所述主通道流入所述汇聚分流单元的位置，还设有主通道收窄处；设W
Z
表示主通道宽度的一半，W2表示主通道收窄处的宽度，d1表示液流中最靠近主通道收窄处一侧通道边界的目标颗粒物的质心与该侧通道边界的距离，R1是每个汇聚分流单元中第一个汇聚结构的中心通道的流阻，R2是第一个汇聚结构中单条旁侧支流通道的流阻，上述参数满足下列条件：
[0024][0025]其中，d1的取值等于r
cell
，或者稍小于r
cell
，r
cell
表示样品中目标颗粒物平均半径；
[0026]作为优选方案，当所述汇聚分流单元含有多个串联排列的汇聚结构时，设第n个汇聚结构的中心通道的流阻为R1
n
，宽度为Ws
n
，单条旁侧支流通道的流阻为R2
n
，第n+1汇聚结构中心通道的流阻为R1
n+1
，每条旁侧支流通道的流阻为R2
n+1
，其满足下列条件：
[0027][0028]其中，d1的取值等于r
cell
，或者稍小于r
cell
，r
cell
表示样品中目标颗粒物平均半径，n是大于等于1且小于汇聚结构总数的自然数。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，其包含汇聚分流模块，所述汇聚分流模块包含入口、主通道、一个或多个汇聚分流单元、以及出口；所述入口、一个或多个汇聚分流单元和出口通过主通道连通设置，样品由入口进入汇聚分流单元后由出口排出或者部分排出；所述汇聚分流单元将样品中的目标颗粒汇聚在液流中心；同时将不含有目标颗粒的旁侧液流经出口排出或者部分排出，从而在不损失目标颗粒的情况下降低样品的流速和/或流量；在样品通路中，当沿样品流动方向的通路拓宽时，在拓宽处通道的S
宽
/S
窄
≤8；其中，S
宽
表示拓宽处通道的最大截面面积，S
窄
表示拓宽处通道的最小截面面积。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述汇聚分流单元包括一个或多个串联排列的汇聚结构、以及分流通道；所述汇聚结构将样品中的目标颗粒汇聚在液流中心，将分离出的不含有目标颗粒的旁侧液流经由所述分流通道向出口排出或者部分排出；在所述汇聚结构与分流通道的连接通道处，S
宽
/S
窄
≤8；其中，S
宽
表示所述连接通道的最大截面面积，S
窄
表示所述连接通道的最小截面面积。3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述汇聚结构与分流通道的连接通道呈弧线状分支型结构。4.根据权利要求2或3所述的微流控芯片，其特征在于，所述汇聚结构包括中心通道以及旁侧支流通道；其中，所述中心通道在两端均与主通道相接并且同轴排列；所述旁侧支流通道在两端均与主通道以及中心通道相交汇；所述旁侧支流通道为两条，两条旁侧支流通道对称排列在中心通道两侧，并且具有相同的尺寸参数；在样品由所述主通道流入所述汇聚分流单元的位置，还设有主通道收窄处；设W
Z
表示主通道宽度的一半，W2表示主通道收窄处的宽度，d1表示液流中最靠近主通道收窄处一侧通道边界的目标颗粒物的质心与该侧通道边界的距离，R1是每个汇聚分流单元中第一个汇聚结构的中心通道的流阻，R2是第一个汇聚结构中单条旁侧支流通道的流阻，上述参数满足下列条件：其中，d1的取值等于r
cell
，或者稍小于r
cell
，r
cell
表示样品中目标颗粒物平均半径；当所述汇聚分流单元含有多个串联排列的汇聚结构时，设第n个汇聚结构的中心通道的流阻为R1
n
，宽度为Ws
n
，单条旁侧支流通道的流阻为R2
n
，第n+1汇聚结构中心通道的流阻为R1
n+1
，每条旁侧支流通道的流阻为R2
n+1
，其满足下列条件：其中，d1的取值等于r
cell
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗春雄，师加林，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：