【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微流控，具体的说，本专利技术涉及一种面向血液中肿瘤细胞的分离的基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片及应用。
技术介绍
1、面对癌症，当今医疗技术虽具有一定的治疗能力，但中晚期癌症的治疗成功率依旧极低，所以对癌症患者来说，尽早的诊断至关重要。循环肿瘤细胞是指从肿瘤原发部位脱落并在血液中循环流动的肿瘤细胞，对其进行检测能一定程度上判断癌症的症发与阶段，是一种微创、快速的癌症早期诊断方法。一般来说，循环肿瘤细胞的数量极其稀少，癌症早期患者的一毫升血液中有十亿级别个数的红细胞和百万级别个数的白细胞，但循环肿瘤细胞的数量往往少于十个，克服数量产生的困难是循环肿瘤细胞检测需要解决的主要问题。因此，检测之前将循环肿瘤细胞从血液中分离出来具有重要意义。
2、微流控芯片技术是解决循环肿瘤细胞分离问题的有效方案，它能在微米级别上对流体进行操控，将复杂宏观的实验在微小的芯片上实现，因此又被称为“芯片实验室”。目前，从操纵力来源上说，微流控芯片分离肿瘤细胞的方法可分为两类，一种为主动分离，指利用有源的电场、声场或磁场等方式对细胞施加驱动力，这类方法能有效的从血液中分离出循环肿瘤细胞，但一般需要较为复杂的装置与操作；另一种为被动分离，其依赖芯片固有的通道几何结构、流体动力学等方式对细胞施加特定的驱动力，一般来说，这种无源的操纵技术有简单、易于操作、成本低廉等优势。
3、惯性微流体作为被动分离技术的一种，通过特定的结构产生几种横向力对细胞施加控制，以此可以从血液中分离出循环肿瘤细胞。惯性流技术按照通道类型可分为两类：
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决循环肿瘤细胞在检测样本中占比极低的问题。除此之外，惯性流作用时对样本的流速有一定的要求，但对循环肿瘤细胞检测时一般要求流速较低，为实现肿瘤细胞的分离与检测一体化，通过调查，本专利技术提出一种降低分离所需流速的方案，即“先聚焦，后分离”策略的基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片及应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，包括上层基板2和下层基底1，所述上层基板2包括样本进入芯片的进液口3，以进液口3为中心原点环绕的同心环形液体流通通道，液体流通通道的末端为将分离好的样本进一步分离的出口扩张通道6，出口扩张通道6分别连通有无样本流出的废液口7、循环肿瘤细胞出口8以及血细胞出口9；其中，
4、所述的液体流通通道包括聚焦作用的长城通道4以及分离作用的螺旋通道5；
5、所述的长城通道4的截面为矩形，微粒与长城通道4尺寸的关系满足聚焦所需要求：其中为微粒的直径，dh为通道的水力直径；
6、所述的长城通道4为设置有数个矩形垛口的蛇形通道，每两个相邻的齿型折弯凸起和之间的内凹部成形为一个矩形垛口，齿型折弯的宽度b为，矩形垛口的垛底长度和齿型折弯口的长度和b为
7、所述的螺旋通道5截面为矩形，起始半径为6350μm，圈数为3圈，间距为800μm。
8、出口扩张通道6起始宽度为150μm，扩张后宽度为600μm，扩张通道后接的三个出口皆为150μm宽。
9、本专利技术提供的优选的技术方案是，所述的长城通道4总共为3圈，长城通道4的齿型折弯凸起的宽度范围为80～120μm，齿型折弯凸起的宽高比为100：50，齿型折弯凸起结构总长度为300μm；长城通道4垛底的宽处长度范围为600～1200μm，垛底的宽高比为150：50；垛底的总长度为800μm。
10、进一步的，所述的螺旋通道5宽高比为有利于将微粒在y方向上进行分离的150：50μm，宽度为高度的三倍。
11、另外的，所述的液体流通通道中的液体流速范围为50～250μl/min。
12、最优选的，所述的液体流通通道中的液体流速最佳流速为200μl/min。
13、本专利技术提供的更优选的技术方案是，所述的上层基板2所用材料为聚二甲基硅氧烷，下层基底1材料为玻璃，将上层基板2表面有结构的一侧与玻璃基底使用阳等离子键合方法粘合，制备成微流控芯片。
14、本专利技术还提供了基于上述的基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片在肿瘤细胞分离中的应用方法，包括步骤如下：
15、s1：使用1ml针管，将血细胞样本在精密注射泵驱动下注入微流控芯片的入液口3处；
16、s2：血细胞样本流经长城通道4，微粒与长城通道4尺寸的关系满足聚焦所需要求：此结构使正常血细胞与肿瘤细胞皆聚焦在一条流线上；
17、s3：血细胞样本流经螺旋通道5，此结构将正常血细胞与肿瘤细胞按照大小不同的特点分离，其中体积较小的红细胞在通道的内侧，体积较大的肿瘤细胞与部分较大的白细胞在通道的中间；
18、s4：血细胞样本流经出口扩张结构6，因通道的突然扩张，红细胞会继续沿通道内壁流动，肿瘤细胞继续在通道中央流动，两种细胞的间距进一步增大；
19、s5：红细胞流入内侧出口9，肿瘤细胞流入中侧出口8，最终内侧出口9与外侧出口7流出溶液作为废液处理，收集中间出口8流出的溶液，为富集的肿瘤细胞。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
21、(1)：比起散乱分布的微粒，初步被聚焦成流线的微粒更容易被操纵，因此本专利技术提出一种将聚焦结构与分离结构串联使用的方案。其中为了得到较强聚焦效果，本专利技术提出一种耦合了传统螺旋通道与非传统非对称蛇形通道的结构，称为长城结构，其形貌表现为在相对较宽的螺旋通道上添加了凸起的、相对较窄的方波形通道。这种新型结构结合了两种通道的优势，一方面非对称性蛇形通道能产生较强的迪恩流，具有强聚焦能力；另一方面螺旋通道在增强蛇形通道的迪恩流的同时还能减弱蛇形通道产生的不利影响，其两者结合能将血液样本快速有效的聚焦在一条流线上。分离结构使用了传统的螺旋通道，因长城通道已经初步将样本聚焦，此处螺旋通道能表现出更强的分离能力，并且所需流速相对更少，对细胞损害较少。本专利技术提出的微流控芯片避免使用了复杂的鞘流，未使用复杂的加工方法，具有操作、制备简单，成本低廉等优势。
22、(2)：本专利技术使用的惯性流芯片能在相对较低流速下运行，可与检测模块直接结合使用，有利于一体化方案的使用。
23、(3)：本专利技术提出的微流控芯片方案操作简便、加工简单，成本低廉，对细胞损伤较小。
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1.一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，包括上层基板(2)和下层基底(1)，所述上层基板(2)包括样本进入芯片的进液口(3)，以进液口(3)为中心原点环绕的同心环形液体流通通道，液体流通通道的末端为将分离好的样本进一步分离的出口扩张通道(6)，出口扩张通道(6)分别连通有无样本流出的废液口(7)、循环肿瘤细胞出口(8)以及血细胞出口(9)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，所述的长城通道(4)总共为3圈，长城通道(4)的齿型折弯凸起的宽度范围为80～120μm，齿型折弯凸起的宽高比为100：50，齿型折弯凸起结构总长度为300μm；长城通道(4)垛底的宽处长度范围为600～1200μm，垛底的宽高比为150：50；垛底的总长度为800μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，所述的螺旋通道(5)宽高比为有利于将微粒在y方向上进行分离的150：50μm，宽度为高度的三倍。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的
5.根据权利要求4所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，所述的液体流通通道中的液体流速最佳流速为200μl/min。
6.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，所述的上层基板(2)所用材料为聚二甲基硅氧烷，下层基底(1)材料为玻璃，将上层基板(2)表面有结构的一侧与玻璃基底使用阳等离子键合方法粘合，制备成微流控芯片。
7.一种权利要求1-6中任一权利要求所述的基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片在肿瘤细胞分离中的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，包括上层基板(2)和下层基底(1)，所述上层基板(2)包括样本进入芯片的进液口(3)，以进液口(3)为中心原点环绕的同心环形液体流通通道，液体流通通道的末端为将分离好的样本进一步分离的出口扩张通道(6)，出口扩张通道(6)分别连通有无样本流出的废液口(7)、循环肿瘤细胞出口(8)以及血细胞出口(9)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其特征在于，所述的长城通道(4)总共为3圈，长城通道(4)的齿型折弯凸起的宽度范围为80～120μm，齿型折弯凸起的宽高比为100：50，齿型折弯凸起结构总长度为300μm；长城通道(4)垛底的宽处长度范围为600～1200μm，垛底的宽高比为150：50；垛底的总长度为800μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯性流策略分离肿瘤细胞的微流控芯片，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：高荣科，马超，陈孝喆，王飞飞，于连栋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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