[实用新型]生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及微流控操控和检测领域，具体涉及生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片。

背景技术

微流控技术是一项集成复杂实验室功能，通过操控微体积流体，实现样品制备、反应、聚焦、分选及检测等功能的微芯片技术。而基于微流控技术实现微米级生物粒子分选与计数是生物医学、环境监测、分析化学等领域研究的重要内容。高效的粒子预聚焦和尺寸提纯技术是实现高精度计数的前提，常见的聚焦分选技术主要可分为基于磁场、电场、声场等外场的聚焦分选技术以及利用鞘液夹流的聚焦分选技术等。前者需附加设备提供外场，存在耗能大，不利于集成微型化且易损伤生物样本等不足。后者需多股鞘液，存在控制和操作复杂等问题。在生物微粒计数检测方法方面，目前主要有传统人工计数、基于Coulter原理的电检测、基于光学原理的检测。显然传统的人工技术在精度、智能化、微型化等方面已无法满足现代化实验室的高效样品处理需求，而Coulter技术则存在易损伤生物粒子活性，检测精度不高等问题。基于二维聚焦的光学检测技术，由于在第三维度上粒子存在一定的重叠概率，造成计数结果存在较大误差。近期已有研究利用两次鞘液实现粒子的三维聚焦以避免粒子的重叠，但使用两次鞘液夹流操作较复杂。同时，由于多数微流控芯片流速较低（雷诺数一般为10^-6～10¹)且受到计数检测设备的限制，使得现有的基于微流控技术的生物粒子计数检测通量都非常低（一般为几个至几百个每秒）。另外，对生物粒子计数检测前，往往需要对样品进行过滤、离心、清洗等复杂前处理操作，所需设备复杂、体积大且操作较为繁琐。

因此，如能提出生物粒子快速高精度分选、清洗、计数的自动化、集成化、微型化装置必将在一定程度上克服上述局限。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片，在一定程度上克服了目前微流控分选与计数检测技术通量低、精度低、外场耗能、自动与集成化程度低等局限。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片，包括主体微流控芯片、微管、样品液微泵、交换液微泵、第一废液收集装置、第二废液收集装置、第三废液收集装置、激光发射装置、光电转换装置、计算机和光纤，主体微流控芯片上连接有微管、样品液微泵、交换液微泵、第一废液收集装置、第二废液收集装置、第三废液收集装置、激光发射装置、光电转换装置、光纤；

所述主体微流控芯片包含有不对称弯流道、第一分支通道、第二分支通道、第三分支通道、主流道、支路通道、出入口连接孔、样品入口、交换液入口、预分选干扰粒子出口、被替换承载液出口、废液出口、激发光光纤通道、前向角散射光纤通道、侧向角散射光纤通道、荧光光纤通道和对准标记；

所述主体微流控芯片由多个单层基片堆叠键合而成；

每层单层基片布局完全一样，所述样品入口、交换液入口、预分选干扰粒子出口、被替换承载液出口、废液出口上均设有出入口连接孔，所述样品液微泵与微管一端相连通，微管另一端与样品入口上的出入口连接孔相连，样品入口与不对称弯流道相连通，不对称弯流道分出第一分支通道和第二分支通道，第一分支通道与预分选干扰粒子出口相连通，预分选干扰粒子出口上的出入口连接孔与第一废液收集装置相连通，第二分支通道和第三分支通道一端交汇于主流道，所述第三分支通道另一端与交换液入口相连通，交换液入口上的出入口连接孔与交换液微泵相连通，所述主流道上依次设有换液流道、截面中心聚焦直流道、光学检测区域，所述主流道末端与废液出口相连通，废液出口上的出入口连接孔与第二废液收集装置连接，所述换液流道分出一个支路通道，所述支路通道与被替换承载液出口相连通，被替换承载液出口上的出入口连接孔与第三废液收集装置相连接，所述激光发射装置通过光纤与激发光光纤通道连接，所述光电转换装置通过光纤分别与前向角散射光纤通道、侧向角散射光纤通道和荧光光纤通道相连接，所述光电转换装置通过光纤与计算机相连接，所述激发光光纤通道和前向角散射光纤通道分别位于主流道两侧，激发光光纤通道垂直于主流道，前向角散射光纤通道与激发光光纤通道延长线的夹角为0.5°～6°，所述侧向角散射光纤通道和荧光光纤通道分别位于主流道的两侧，所述侧向角散射光纤通道与激发光光纤通道成95°～120°，所述荧光光纤通道分别与激发光光纤通道成60°～85°的角度，所述对准标记有多个，分别位于所述单层基片的四个角。

所述换液流道截面为矩形。