【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微流控流式细胞检测相关，更具体地，涉及一种微流控芯片、微流控流式细胞分选系统及方法。
技术介绍
1、流式细胞术是一种高效的单细胞分析、分选技术，可以对染色细胞进行快速、准确、多参数的高通量检测分析，广泛应用于细胞生物学、分子生物学、免疫学、血液学、肿瘤学等生物医学领域。流式细胞术具有分析参数多、检测通量高、方法灵活多变等特点，非常契合药物研发各个环节的需求，使其可以在抗体发现和表征、临床前药理药效评价研究中发挥重要作用。传统的流式细胞术虽然能提供高通量检测方法，但它们往往存在试剂消耗量大、细胞分选活性差、交叉污染、体积庞大、价格昂贵、操作复杂等缺点。为了操作商业化的流式细胞仪，通常需要经过严格培训的人员，限制了其在更多领域的广泛应用；检测分选过程中暴露在空气中并且需要经过几千伏的偏转电场完成偏转，导致细胞极易受到污染，分选细胞的活性差，不利于后续针对单细胞的生物医学研究。
2、近年来，科研人员越来越关注微流控诊断设备的开发，微流控流式细胞术通过将微流控技术和流式细胞术结合，可以在微流控芯片上实现染色细胞检测以及细胞分选富集功能，为生物单细胞测量、癌细胞分选、药物开发等提供了强有力的工具；同时，开发一种操作简单、低成本、小型化的流式细胞仪可以使医疗条件不发达地区的卫生保健受益。目前针对微流控流式细胞仪的研究中，普遍采用激光光源作为激发光并使用模拟型光电倍增管作为探测器，以及使用现场可编程门阵列作为数据采集器件，该系统对数据采集和处理要求高，并且成本高，不利于继续设备小型化和集成化。在分选部分，细胞分离技术
3、因此，需要设计一种更加低成本、操作便捷、低数据处理量的微流控流式细胞分选系统，为微流控流式细胞仪进一步集成化、高封闭性提供一个解决思路。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种微流控芯片、微流控流式细胞分选系统及方法，其能够搭建一套低成本、低数据处理量、高信噪比、全封闭的微流控流式细胞分选系统。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片包括用于细胞聚焦的水力聚焦结构、用于提供染色细胞全封闭的十字型液滴生成结构及用于细胞分选的液滴静电分选结构；所述十字液滴生成结构连接所述水力聚焦结构及所述液滴静电分选结构；所述十字型液滴生成结构用于将细胞完全包裹在液滴中，形成全封闭的液体环境；所述液滴静电分选结构用于对对包裹细胞的液滴进行充电，并形成偏转电场以对细胞进行分选富集。
3、进一步地，所述水力聚焦结构包括两个鞘液流道、一个样品液流道及水力聚焦流道，所述鞘液流道呈l型，其一端连接于所述样品液流道的一端，此端同时连接于所述水力聚焦流道的一端；所述样品液流道的另一端设置有样品液入口；所述鞘液流道的另一端设置有鞘液入口；其中，两个所述鞘液流道关于所述样品液流道对称设置；所述水力聚焦流道与所述样品液流道的中心轴重合。
4、进一步地，所述十字型液滴生成结构包括荧光检测流道及十字液滴生成流道，所述荧光检测流道连接所述水力聚焦流道及所述十字液滴生成流道。
5、进一步地，所述十字液滴生成流道远离所述水力聚焦流道的一端相背的两侧分别连接有油相流道，两个所述油相流道相对于所述十字液滴生成流道对称设置，且所述油相流道远离所述十字液滴生成流道的一端设置有油相入口。
6、进一步地，所述液滴静电分选结构包括分选流道、两个接地电极及两个偏转电极，所述分选流道呈y字型，其一端连接于所述十字型液滴生成流道，另外两端分别形成废液出口及分选出口，所述废液出口及所述分选出口邻近所述偏转电极设置；两个所述接地电极分别设置在所述分选流道的两侧，且相对于所述分选流道对称设置；两个所述偏转电极分别设置在所述分选流道相背的两侧，且关于所述分选流道对称设置。
7、进一步地，所述接地电极用于完成液滴基于静电感应原理充电，两个所述偏转电极分别用于连接正高压直流电及负高压直流电。
8、进一步地，所述微流控芯片由透明玻璃板和聚二甲基硅氧烷通过化学键键合的方式完成组装。
9、本专利技术还提供了一种微流控流式细胞分选系统，所述分选系统包括如上所述的微流控芯片、荧光检测电路、倒置荧光显微镜、光子型光电倍增管、上位机、数据采集卡、信号发生器、信号放大器、高压直流电源、微量注射泵、注射器、高速相机及荧光相机；所述微流控芯片、所述高速相机、所述荧光检测电路、所述光子型光电倍增管、所述荧光相机分别集成在所述倒置荧光显微镜上；所述光子型光电倍增管连接于所述数据采集卡的一端，所述数据采集卡的另一端分别连接所述上位机及所述信号发生器；所述上位机还分别连接于所述高速相机及所述荧光相机；所述信号放大器连接所述信号发生器及所述微流控芯片；所述高压直流电源连接于所述微流控芯片的偏转电极；五个所述注射器分别设置在所述微量注射泵上，且分别连接于两个所述鞘液入口、所述样品液入口及两个所述油相入口；所述信号放大器的接地端连接于所述接地电极，其充电端口通过鳄鱼夹直接连接在所述样品液入口。
10、进一步地，所述荧光检测光路包括led光源、凸透镜、光阑、激发滤光片、发射光滤光片、二向色镜及显微物镜；所述led光源、所述凸透镜、所述光阑、所述激发滤光片、所述二向色镜、所述显微物镜沿光路设置；所述显微物镜邻近所述微流控芯片设置，所述发射光滤光片位于所述二向色镜与所述光子型光电倍增管之间。
11、本专利技术还提供了一种微流控流式细胞分选方法，所述分选方法是采用如上所述的微流控流式细胞分选系统进行细胞分选的。
12、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的微流控芯片、微流控流式细胞分选系统及方法主要具有以下有益效果：
13、1.本专利技术所提供的微流控芯片首先采用了水力聚焦结构进行细胞聚焦，提高细胞的检出率；然后采用油包水液滴生成结构，将细胞完全包裹在液滴中，形成全封闭的液体环境，可以避免细胞直接接触外界环境，避免污染，提高细胞活性；最后采用基于静电感应原理对包裹细胞的液滴进行充电，经过偏转电场之后完成细胞分选富集。本专利技术将细胞检测与分选集成在同一微流控芯片上，为减小仪器整体体积提高了更大的可能，并且一次性芯片的大规模生产也可以大大降低使用成本。
14、2.本专利技术所提出的基于静电感应原理分选可以使得细胞在几百伏的偏转电压下完成偏转并且可以精确控制偏转液滴的个数，进一步降低了电场对细胞活性的影响，提高了细胞活性。
15、3.本专利技术是基于倒置荧光显微镜进行搭建，大大降低了荧光检测光路的搭建难度以及搭建系统的成本，方便系统的广泛应用；同时应用于对各种染色体单细胞进行定量分析、浓度分析及分选富集等场合。
16、4.所述分选系统采用的是成本低、体积小的led光源作为激发光源，同时使用光子计数型光电倍增管作为探测器进行荧光信号检测，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微流控芯片，其特征在于：
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述水力聚焦结构包括两个鞘液流道、一个样品液流道及水力聚焦流道，所述鞘液流道呈L型，其一端连接于所述样品液流道的一端，此端同时连接于所述水力聚焦流道的一端；所述样品液流道的另一端设置有样品液入口；所述鞘液流道的另一端设置有鞘液入口；其中，两个所述鞘液流道关于所述样品液流道对称设置；所述水力聚焦流道与所述样品液流道的中心轴重合。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述十字型液滴生成结构包括荧光检测流道及十字液滴生成流道，所述荧光检测流道连接所述水力聚焦流道及所述十字液滴生成流道。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于：所述十字液滴生成流道远离所述水力聚焦流道的一端相背的两侧分别连接有油相流道，两个所述油相流道相对于所述十字液滴生成流道对称设置，且所述油相流道远离所述十字液滴生成流道的一端设置有油相入口。
5.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于：所述液滴静电分选结构包括分选流道、两个接地电极及两个偏转电极，所述分选流道呈Y字型，其一
6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于：所述接地电极用于完成液滴基于静电感应原理充电，两个所述偏转电极分别用于连接正高压直流电及负高压直流电。
7.如权利要求1-6任一项所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片由透明玻璃板和聚二甲基硅氧烷通过化学键键合的方式完成组装。
8.一种微流控流式细胞分选系统，其特征在于：所述分选系统包括权利要求1-7任一项所述的微流控芯片、荧光检测电路、倒置荧光显微镜、光子型光电倍增管、上位机、数据采集卡、信号发生器、信号放大器、高压直流电源、微量注射泵、注射器、高速相机及荧光相机；所述微流控芯片、所述高速相机、所述荧光检测电路、所述光子型光电倍增管、所述荧光相机分别集成在所述倒置荧光显微镜上；所述光子型光电倍增管连接于所述数据采集卡的一端，所述数据采集卡的另一端分别连接所述上位机及所述信号发生器；所述上位机还分别连接于所述高速相机及所述荧光相机；所述信号放大器连接所述信号发生器及所述微流控芯片；所述高压直流电源连接于所述微流控芯片的偏转电极；五个所述注射器分别设置在所述微量注射泵上，且分别连接于两个所述鞘液入口、所述样品液入口及两个所述油相入口；所述信号放大器的接地端连接于所述接地电极，其充电端口通过鳄鱼夹直接连接在所述样品液入口。
9.如权利要求8所述的微流控流式细胞分选系统，其特征在于：所述荧光检测光路包括LED光源、凸透镜、光阑、激发滤光片、发射光滤光片、二向色镜及显微物镜；所述LED光源、所述凸透镜、所述光阑、所述激发滤光片、所述二向色镜、所述显微物镜沿光路设置；所述显微物镜邻近所述微流控芯片设置，所述发射光滤光片位于所述二向色镜与所述光子型光电倍增管之间。
10.一种微流控流式细胞分选方法，其特征在于：所述分选方法是采用权利要求8-9任一项所述的微流控流式细胞分选系统进行细胞分选的。
...【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于：
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述水力聚焦结构包括两个鞘液流道、一个样品液流道及水力聚焦流道，所述鞘液流道呈l型，其一端连接于所述样品液流道的一端，此端同时连接于所述水力聚焦流道的一端；所述样品液流道的另一端设置有样品液入口；所述鞘液流道的另一端设置有鞘液入口；其中，两个所述鞘液流道关于所述样品液流道对称设置；所述水力聚焦流道与所述样品液流道的中心轴重合。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述十字型液滴生成结构包括荧光检测流道及十字液滴生成流道，所述荧光检测流道连接所述水力聚焦流道及所述十字液滴生成流道。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于：所述十字液滴生成流道远离所述水力聚焦流道的一端相背的两侧分别连接有油相流道，两个所述油相流道相对于所述十字液滴生成流道对称设置，且所述油相流道远离所述十字液滴生成流道的一端设置有油相入口。
5.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于：所述液滴静电分选结构包括分选流道、两个接地电极及两个偏转电极，所述分选流道呈y字型，其一端连接于所述十字型液滴生成流道，另外两端分别形成废液出口及分选出口，所述废液出口及所述分选出口邻近所述偏转电极设置；两个所述接地电极分别设置在所述分选流道的两侧，且相对于所述分选流道对称设置；两个所述偏转电极分别设置在所述分选流道相背的两侧，且关于所述分选流道对称设置。
6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于：所述接地电极用于完成液滴基于静电感应原理充电，两个所述偏转电极分别用于连接正高压直流电及负高压直流电。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘智勇，杨灿锋，廖广兰，何春华，王建鑫，姚金辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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