[实用新型]一种稀有细胞多级分选微流控器件

说明书

技术领域

本实用新型属于分析检测设备领域，涉及一种稀有细胞粒子多级分选微流控器件，特别涉及一种整合微流体惯性效应及介电泳技术的高通量、高纯度稀有细胞粒子多级分选微流控器件。

背景技术

细胞的精确检测在疾病的预防、诊断、治疗及细胞生物学研究等生物医学应用方面具有十分重要的意义。但通常在临床上，研究的对象是一个非齐性总体，其中包含了大量的细胞信息，使得检测其中的稀有细胞将变得十分困难；例如，检测进入循环血液中的稀有癌细胞，其对人体正常血细胞的个数比例约为1:10⁹，即在1mL血液中仅有数个稀有癌细胞，因此检测非常困难。

微流控技术作为一种高效流体或粒子操控的新方法，可实现样品制备、反应、聚焦、分选及检测等功能，是生物医学、分析化学等多学科领域的重要研究内容。目前，采用微流控的细胞分选一般基于单一技术，按其机理可简要概括为以下几类：第一类是基于复杂微结构的操控技术；第二类是基于流体的被动方法，如采用惯性流、挤压流、水力分选、场流分离等操控技术；第三类是采用重力及沉降方法进行分选的操控技术；第四类是采用仿生物学方法的操控技术；第五类是依据水液两相性的分选技术；第六类是借助磁、声、光、电等外场的分选技术。上述各方法虽均已取得了一定的研究成效，但应用于稀有细胞分选仍存在各自的不足：如薄膜分选、挤压流分选、水力分选、场流分选、重力及沉降分选、水液两相性分选、磁分选、光电分选都存在操作通量过低的问题，从而限制其进一步商业应用；而柱状阵列分选、惯性流分选、水力分选、水液两相性分选等方法存在分选纯度不高的问题。此外，上述分选方法还存在一些其他的缺陷，如薄膜分选、声分选易对细胞活性造成损伤；挤压流分选只在两种粒子尺寸相差较大的时候才能取得较好的分选效果；磁、声、光、电分选由于引入了耗能外场而致使设备昂贵、操作复杂。

为克服单级分选的不足，近年来出现了一些多级分选的研究，这些研究的思路是将一级操作作为二级分选的预处理，以优化二级分选的效果；或是采用二级精分选，对一级粗分选的结果进行进一步提纯。然而，现有多级分选研究仍是基于单一的技术，仅仅是将单一分选技术的简单组合，增加了操作工序及成本，很难同时满足对稀有细胞分选的高通量、高纯度的要求。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种整合微流体惯性效应及介电泳技术的高通量、高纯度稀有细胞粒子多级分选微流控器件，实现稀有细胞/粒子的高通量、高纯度分选。

技术方案：本实用新型提供的一种稀有细胞多级分选微流控器件，包括键合封装的流道结构和电极基底；所述流道结构包括螺旋流道、二级流道、下分支流道、上分岔流道、下分岔流道，所述螺旋流道一端为样品入口、另一端通过缩扩结构分别与二级流道、下分支流道连接，所述二级流道分别与上分岔流道和下分岔流道连接，所述上分岔流道和下分支流道与血细胞出口连接，所述下分岔流道与稀有细胞出口连接；所述电极基底包括基底本体和两组电极组；所述电极组位于二级流道底部。

作为改进，所述电极组为斜插齿形，呈镜像布置；通过设置两组镜像布置的斜插齿形电极组，前一电极组施加低频负介电泳信号，将所有细胞偏转至靠近流道壁的一侧；后一组施加高频负介电泳信号，将稀有细胞粒子沿着电极方向偏转，而血细胞仍沿着主流动方向移动，从而使稀有细胞粒子和血细胞有效分离。

作为另一种改进，所述螺旋流道的垂直截面为矩形或外侧高、内侧低的梯形；当螺旋流道的垂直截面为矩形时，其深宽比在1以下，优选0.1-1；螺旋流道截面为低深宽比矩形，可以使较大的稀有细胞粒子与较小的血细胞粒子平衡位置相距更远，以利于分离。

作为另一种改进，所述缩扩结构与螺旋流道连接端垂直截面尺寸比与二级流道、下分支流道连接端垂直截面尺寸小。所述缩扩结构上游缩聚处与螺旋流道联通，下游突扩处形成一较短的直流道，并分成两支，分别将稀有细胞粒子流导入上分支流道即介电泳流道，将血细胞粒子流导入至下分支流道。

作为另一种改进，所述二级流道通过上分支流道与缩扩结构连接，上分支流道的垂直截面尺寸比下分支流道垂直截面尺寸小；下分支流道即血细胞粒子流分支宽度大于上分支流道即稀有细胞粒子流分支宽度，从而减小上分支流道分选所需处理的流体体积，进而达到降低流速的目的。

作为另一种改进，所述二级流道的垂直截面为矩形，其深宽比为0.05-0.01；上分支流道即介电泳流道截面为超低深宽比矩形，以进一步降低流道中的流速，保证介电泳力在粒子上具有足够的响应时间。