[发明专利]一种双螺旋微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及临床医学领域，涉及一种用于疾病检测和治疗的芯片，具体涉及一种用于白血病检测和治疗的微流控芯片。

背景技术

白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病。克隆性白血病细胞因为增殖失控、分化障碍、凋亡受阻等机制在骨髓和其他造血组织中大量增殖累积，并浸润其他组织和器官，同时正常造血受抑制。临床可见不同程度的贫血、出血、感染发热以及肝、脾、淋巴结肿大和骨骼疼痛。据报道，我国各地区白血病的发病率在各种肿瘤中占第六位。儿童及青少年急性白血病多起病急骤。常见的首发症状包括发热、进行性贫血、显著的出血倾向或骨关节疼痛等。起病缓慢者以老年及部分青年病人居多，病情逐渐进展。此外，少数患者可以抽搐、失明、牙痛、牙龈肿胀、心包积液、双下肢截瘫等为首发症状。

微流控芯片(microfluidics)，是指把化学生物领域所涉及的样品制备、反应、分离检测，以及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，芯片内设计了适当结构的微通道网络以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。微流控芯片在疾病诊断、药物筛选、环境监测、食品安全、司法鉴定等事关人类生存质量的许多方面具有非常强大的运用前景。现阶段，微流控芯片在生物学最重要的应用领域是细胞生物学。微流控芯片的研究对象是活细胞，它可直接观察实验条件下的细胞变化，是普通蛋白或者基因芯片无法替代的。

专利CN102879377A公开了一种早期检测白血病的微流控芯片，该芯片由基片和检测器组成，其特征在于：微流控检测装置贴附于基片上，微流控检测装置顺序地包括细胞进样元件、质粒转染元件、蛇形通道相通、细胞捕获元件以及生化试剂及生长因子加载元件。细胞在泵的压力下，会沿螺旋通道运动，依靠不同的离心力，使细胞走不同的通道。同时每一条通道的另一端安装有电场分选装置，经过电场分选装置的通道与细胞捕获元件连通，细胞进入质粒转染元件相再与接液池相连通。该芯片需要电场分选装置实现细胞的分离，并通过细胞捕获元件与质粒转染元件确认分离后的白细胞。该芯片整体制备复杂、操作流程多且成本高。

因此，需要一种制备简单、流程较少、成本低且诊断效果良好的微流控芯片。

发明内容

本发明的目的在于提出一种自动分离、富集外周血中病变的白细胞，并对其自动染色的微流控芯片系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双螺旋微流控芯片，其包括芯片入口、双螺旋芯片、红细胞出口、白细胞出口、流体出口和细胞滤膜，其中所述芯片由双螺旋型通道构成，该双螺旋通道分别沿两个相互平行的芯片切线方向开孔，形成两个平行反向的开口，一个开口与所述芯片入口相连，另一个开口分别与红细胞出口、白细胞出口以及流体出口相连。三个出口的宽度分别为100μm、110μm和90μm，且此三个出口互相平行。

所述芯片入口连接塑料管，塑料管另一端连接生物样品注射器，通过注射泵将生物样品恒速注入所述芯片，该流速为10-300ml/h，优选10-60ml/h，例如10ml/h、20ml/h、25ml/h、30ml/h或60ml/h。所述生物样品为外周血、末梢血和/或胸腔积液，其中含有不同大小及种类的细胞，本发明的主要目的是分离红细胞和白细胞，血小板直径较小，对白细胞的分离富集影响不大。

注射器中的生物样品，通过注射泵恒速流入双螺旋芯片。当样品高速连续通过双螺旋微通道时，不同大小的白细胞和血细胞在流体力作用下，逐渐汇聚成线并产生不同的横向迁移。通过在通道下游设计3个平行出口，不同大小、种类的细胞可在不同的出口富集，在本发明限定的流速范围内，细胞会因其尺寸大小的差异，承受不同的流体力，各尺寸细胞在管道内形成空间上的差异排列，最终从不同的出口流出。其中，大部分的白细胞在汇聚成线后，会从中间的出口流出，实现白细胞与红细胞的初步分离。

所述细胞滤膜位于所述白细胞出口，孔径为1-10μm，优选为8-10μm，最优选8μm。可通过调整孔径大小来拦截正常细胞、病变白细胞、或正常白细胞和病变白细胞。该细胞滤膜具有多孔结构，孔径较小于直径为10-12μm的白细胞，当汇聚后的白细胞通过所述白细胞出口处时，滤膜可以使流体通过，并将白细胞拦截在膜上，实现白细胞的进一步富集。在白细胞富集的基础上，我们通过使用注射泵从所述芯片入口注入细胞染色剂，可实现细胞滤膜上白细胞的自动染色。可使用任意适合于细胞染色的染色剂，在本发明的一个实施例中，所用染色法为Gomori&Masson法。