[发明专利]一种便携式无动力源的微流控细胞分离芯片

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片领域，具体涉及一种基于过滤法的无动力源细胞分离芯片。

背景技术

近几十年来，微流控技术在分析化学、生物检测、临床医疗等应用领域发展迅速，并且取代了部分传统的应用方法。譬如，传统的细胞分析和分选一般是利用流式细胞术，此技术速度快、精度高、准确性好，但是需要复杂、昂贵的设备，检测周期长，只适合应用于大型医院和实验室。

微流控利用集成化、微型化的微流控芯片，只需要少量的样品，即可在短时间内快速地对样品进行检测、分析。相比于传统的方法，整个过程更加快速高效并且绿色环保。

目前，在用于细胞分离的微流控技术中，根据分离机理的不同，可将各种细胞分离方法分为主动式和被动式分离。其中，主动式的细胞分离方法是通过对不同细胞本身所带的特征信号进行采集，然后借助外场力对细胞进行驱动分离，这样就不可避免的对细胞活性、生物学形状和功能产生影响。而被动式分离法通过通道几何形状或流体内部固有的作用力进行分离，没有引入外场力对细胞进行作用，更加温和，对细胞的损伤较小，细胞存活率高，并且分离过程中不需要昂贵设备、试剂，成本低。对于临床医疗诊断，被动式分离方法明显更有优势。

在被动式分离法中，过滤法是目前使用最多，同时亦是最为简单的一种细胞分离方法。该方法需要在微流控芯片中引入微结构功能单元，如一定尺寸的微孔或一定间隔的微柱。根据目前细胞的物理形态(尺寸、可变形性等)，通过调整微结构功能单元的孔径大小或微柱间隔大小，来限制不同细胞的流动(小细胞可以顺利流过微结构单元，而大细胞则被捕获)，从而实现对目标细胞的分离与收集。

有学者(Ki-Hwan Nam,Wang Yong,Tricia Harvat,Adeola Adewola,Shesun Wang,Jose Oberholzer and David T.Eddington.Size-based separation and collection of mouse pancreatic islets for functional analysis[J].Biomedical microdevices,2010,12(5):865-874.)公开了一种基于过滤的多层微通道，这个微通道包含了三个不同高度的连续收缩通道，且高度沿着溶液流动方向依次递减，分别为7μm、3μm、0.8μm，用以分离直径分别为10μm、4.5μm、2μm的颗粒。当颗粒直径大于收缩通道的高度时，颗粒被挡住并在收缩通道处富集，而尺寸小于收缩通道高度的颗粒则顺利流过通道，流向下一个收缩区域。基于上述原理，一种完全只依靠溶液重力驱使其流动的过滤通道也被设计并制造出来。该过滤通道含有五层收缩结构，最后通过将微通道横向旋转90度，从侧边的出口处收集实验过程中富集在收缩部位的颗粒或细菌，能实现五种大小不同颗粒的分离。

有学者(Sarah M.McFaul,Bill K.Lin and Hongshen Ma.Cell separation based on size and deformability using microfluidic funnel ratchets[J].Lab on a chip,2012,12(13):2369-2376.)公开一种综合细胞尺寸和可变形性的过滤芯片，该芯片包含的微结构是有12行，且每行有128个漏斗状障碍物组成的二维阵列，同一行的漏斗状障碍物之间的孔距相同，但每一行相比于下面一行的孔距都要小1μm，由此来保证过滤效果。漏斗状锥体可以保证细胞能够在发生变形的情况下通过微孔，在反向流下能保持在漏斗状障碍物口而难以原路返回。相比于传统的过滤，这种芯片引入的振荡流能有效地避免普遍存在的通道堵塞问题。

上述的方法都能实现高效的颗粒分离和细胞分离，但是都需要额外提供动力源以驱动样品流动，不适合远离医院的偏远地区的应用。

因此，需要开发出一种新型的、易于便携式、易操作的、无动力源的细胞分离设备，能适用于临床医疗快速检验。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种便携式无动力源的微流控细胞分离芯片，其目的在于，通过在基底上设置多个规则排列的柱状凸起，使柱状凸起间形成体液流通的微流道，设计微流道的大小从而能进行细胞分离，本发明通过流体的毛细作用力提供动力，无需额外动力源，携带方便。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种便携式无动力源的微流控细胞分离芯片，其包括基底和盖片，所述基底上从输入端至输出端依次包括输入口、导流区、分离区以及收集口，其中，