一种预聚焦分选细胞的微流控芯片及分选方法技术

本发明专利技术公开了一种预聚焦分选细胞的微流控芯片，是在芯片的不同入口通入牛顿流体和粘弹性流体，通过微流控芯片中设置的多边形流道形状，利用两种溶液共流产生稳定的粘弹性

【技术实现步骤摘要】
一种预聚焦分选细胞的微流控芯片及分选方法


[0001]本申请涉及微流控
，尤其涉及一种预聚焦分选细胞的微流控芯片及分选方法。

技术介绍

[0002]粘弹性聚焦是一种典型的被动式微流体操控技术，无需外部主动场的外加作用，如声场、光场、电场、磁场等，仅凭流体自身特性和微流道简单的流道结构即能完成对粒子的高精度、高效率操控。
[0003]此外，自然界中大部分高分子聚合物溶液(如PEO、PVP、HA等)和大多数生物流体(如血液、唾液、淋巴液等)都具有一定的粘弹性，因而利用溶液的粘弹性操控粒子或细胞是一种理想的样品预处理手段，在生物医疗领域仍有为挖掘的潜力。
[0004]现如今，微流控技术已经成熟地运用到粒子的混合、富集、聚焦、分选、过滤和检测等方面。
[0005]而微流控技术按照其实现原理主要可以分为两大类，即主动式操控和被动式操控。其中，被动式操控往往根据粒子的形状和尺寸，利用特殊结构微通道诱导产生的微流体效应或细胞与微结构之间的相互作用来实现细胞分选，其中关键的参数一般是微粒的变形性与其大小尺寸。
[0006]被动式聚焦分选芯片通过特殊的流道结构实现对粒子的操控，其优点是成本低、通量较高。
[0007]因此利用粘弹性聚焦开发被动式分选芯片，在病理分析、癌症诊断、稀有细胞精准培育等领域都有重要的作用。
[0008]如专利CN111592965A
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一种用于细胞分选聚焦的微流控芯片检测系统及方法，该微流控芯片的分选原理中只使用了粘弹性效应，并无本专利中惯性效应产生的惯性升力，因此对细胞粒子的操控性会有所降低。因其弱操控性，无法实现细胞粒子在分选前的预聚焦现象，即会导致最终细胞粒子的分选效率有所降低，实验设置时无法实现大通量的细胞粒子分选功能。其次，该申请中，缩扩结构的设计，理论上适用于低雷诺数Re较小流速下的特定细胞粒子分选，试用范围有一定的局限性。
[0009]又如专利CN114073997A
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一种低流速下实现细胞快速精准分选的微流控芯片及方法，在其收缩扩张阵列流道包括一个以上的扩张流道、一个以上的收缩流道，所述扩张流道、收缩流道交替排列，且相邻的扩张流道、收缩流道相互连通，所述扩张流道的宽度大于收缩流道的宽度；所述突扩分选流道的宽度大于分选直流道的宽度。该申请中，收缩扩张阵列流道只说明其收缩与扩张的结构依次相连，并没有具体的设计参数标准，在实际操作中发挥不了原有的缩扩结构效应，甚至起到堵塞粒子、降低分选效率的反作用。
[0010]综上所述，现有微流控芯片，存在细胞粒子横向迁移距离过小、无法高效预聚焦分选细胞粒子且无法作用于不同尺寸的细胞的问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可适用于不同尺寸细胞，实现了微小细胞粒子便捷化、无标记、高效率聚焦分选的用于预聚焦分选细胞的微流控芯片及方法。
[0012]本专利技术所采用技术方案：本专利技术公开了一种预聚焦分选细胞的微流控芯片，包括包括自左至右依次连通的流体交汇区、流体共流区、多边形聚焦区和细胞粒子分选区；
[0013]所述流体交汇区前端分别等距离连通粘弹性流体入口和牛顿流体入口；
[0014]所述粘弹性流体入口为包含大细胞粒子、粘弹性溶液以及小细胞粒子的混合流体入口；
[0015]所述细胞粒子分选区末端设有小细胞粒子出口、大细胞粒子出口和废液出口；
[0016]所述牛顿流体入口为牛顿流体溶液入口；
[0017]所述多边形聚焦区包括若干个多边形聚焦单元，两相邻所述多边形聚焦单元间通过缩扩流道连通；
[0018]所述缩扩流道的流道宽度小于所述多边形聚焦单元的最大流道宽度，小于所述流体共流区的流道宽度。
[0019]进一步的，所述粘弹性流体入口连通所述流体交汇区的流道宽度与所述牛顿流体入口连通所述流体交汇区的流道宽度相同，为流体交汇区流道宽度的一半；
[0020]所述流体共流区与流体交汇区的流道宽度相同。
[0021]进一步的，所述细胞粒子分选区的流道宽度与所述多边形聚焦区的垂直方向最大宽度相同；
[0022]所述小细胞粒子出口与所述大细胞粒子出口的流道宽度相同，为所述细胞粒子分选区的流道宽度的1/3。
[0023]进一步的，在所述多边形聚焦单元入口端，所述缩扩流道与所述多边形聚焦单元入口处夹角A为120
°
；在所述多边形聚焦单元出口端，所述缩扩流道与所述多边形聚焦单元出口处夹角A为135
°
。
[0024]进一步的，所述多边形聚焦单元关于所述缩扩流道对称设置，包括入口段、平滑段和出口段；所述平滑段流道宽度为所述多边形聚焦单元最大流道宽度。
[0025]进一步的，所述粘弹性溶液为聚环氧乙烷PEO、聚乙烯吡咯烷酮PVP和透明质酸HA中的一种或多种；
[0026]所述牛顿流体溶液为去离子水DIWATER、磷酸盐平衡生理盐水PBS和蒸馏水中的一种或多种。
[0027]进一步的，所述缩扩流道宽度为所述多边形聚焦单元的最大流道宽度的1/4。
[0028]本专利技术还公开了一种预聚焦分选细胞的微流控芯片的分选方法，包括如下步骤：
[0029]S1.在待分选细胞粒子样品液中添加粘弹性增强剂,配制成一定质量百分比的浓度的粘弹性样品溶液,并配置牛顿流体溶液；
[0030]S2.基于上述预聚焦分选细胞的微流控芯片，以稳定的流量将粘弹性样品溶液导入粘弹性流体入口，同时将牛顿流体入口通入牛顿流体溶液；
[0031]S3.所述粘弹性样品溶液及牛顿流体溶液在流体交汇区汇聚后依次流经流体共流区及多边形聚焦区后，在细胞粒子分选区分别从小细胞粒子出口、大细胞粒子出口分离出
不同直径大小的细胞粒子样品，其余杂质废液从废液出口排出。
[0032]进一步的，所述粘弹性增强剂为聚环氧乙烷PEO、聚乙烯吡咯烷酮PVP和透明质酸HA中的一种或多种；
[0033]所述牛顿流体溶液为去离子水DIWATER、磷酸盐平衡生理盐水PBS和蒸馏水中的一种或多种。
[0034]本专利技术的有益效果为：
[0035]1.本申请提供的预聚焦分选细胞的微流控芯片，通过注入的粘弹性流体和牛顿流体，在微流道内分别产生粘弹性效应和惯性效应，从而在在粘弹性溶液中诱导粘弹性升力并在微流道壁面诱导产生惯性升力，其合力可作用于不同尺寸的细胞；配合芯片中设置的多边形聚焦单元，当细胞粒子进入流道时，由于流道宽度的突然减小，粒子短的时间内速度会陡然增大，配合后续多个聚焦单元，会在微流道空间不同位置，灵活快速地聚焦不同细胞及颗粒，为细胞的后续分选提供易操控、效率高以及低成本的实验环境，本申请充分利用牛顿流体和粘弹性流体等载体介质的水动力效应，解决了细胞粒子横向迁移距离过小、无法高效预聚焦分选细胞粒子的问题，实现了微小细胞粒子便捷化、无标记、高效率聚焦分选的功能。
[0036]2.在实验测试与细胞应用的基础上，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预聚焦分选细胞的微流控芯片，其特征在于：包括自左至右依次连通的流体交汇区(3)、流体共流区(4)、多边形聚焦区(5)和细胞粒子分选区(6)；所述流体交汇区(3)前端分别等距离连通粘弹性流体入口(1)和牛顿流体入口(2)；所述粘弹性流体入口(1)为包含大细胞粒子(11)、粘弹性溶液(12)以及小细胞粒子(13)的混合流体入口；所述细胞粒子分选区(6)末端设有小细胞粒子出口(7)、大细胞粒子出口(8)和废液出口(9)；所述牛顿流体入口(2)为牛顿流体溶液(21)入口；所述多边形聚焦区(5)包括若干个多边形聚焦单元(50)，两相邻所述多边形聚焦单元(50)间通过缩扩流道(51)连通；所述缩扩流道(51)的流道宽度小于所述多边形聚焦单元(50)的最大流道宽度，小于所述流体共流区(4)的流道宽度。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述粘弹性流体入口(1)连通所述流体交汇区(3)的流道宽度与所述牛顿流体入口(2)连通所述流体交汇区(3)的流道宽度相同，为流体交汇区(3)流道宽度的一半；所述流体共流区(4)与流体交汇区(3)的流道宽度相同。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述细胞粒子分选区(6)的流道宽度与所述多边形聚焦区(5)的垂直方向最大宽度相同；所述小细胞粒子出口(7)与所述大细胞粒子出口(8)的流道宽度相同，为所述细胞粒子分选区(6)的流道宽度的1/3。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：在所述多边形聚焦单元(50)入口端，所述缩扩流道(51)与所述多边形聚焦单元(50)入口处夹角A为120
°
；在所述多边形聚焦单元(50)出口端，所述缩扩流道(51)与所述多边形聚焦单元(50)出口处夹角A为135
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭克凡，项楠，程伟旗，刘庆庆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：