[发明专利]基于细胞形变量和声表面波的癌细胞分离装置及控制系统

说明书

本发明公开了一种基于细胞形变量和声表面波的癌细胞分离装置及控制系统，该装置包括细胞储液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入细胞储液器内，另一端与细胞形变量检测芯片的入口端相连；细胞形变量检测芯片的出口端与癌细胞分离芯片的入口端相连；CMOS高速摄像机设置在细胞形变量检测芯片下捕捉变形细胞图像；处理器根据获取的变形细胞图像确定变形细胞的形变量，并根据此形变量确定该变形细胞是否为癌细胞，若是则处理器输出驱动信号驱动叉指式换能器产生声表面波使变形细胞流向癌细胞分离芯片的癌细胞出口端。应用本发明，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。

技术领域

本发明涉及细胞分选分离技术领域，特别涉及一种基于细胞形变量和声表面波的癌细胞分离装置及控制系统。

背景技术

癌症是一种严重危害人类健康的重大疾病，其发病率和死亡率呈逐年上升的趋势。对于相同来源的细胞，癌变后的细胞比正常细胞更软，更容易产生变形，更易于癌症发生转移。长期以来，机械表型一直被认为是量化细胞中生理和病理起源的功能变化的无标记方法。这方法已经在细胞分化和恶性转移的背景下得到验证，并催生了许多基础研究方法的发展。其中，单细胞的变形性的改变可以作为一种生物学研究的重要指标。相对于生物分子标记物，这种无标记的可变形性的指标不需要染色、抗体处理等一些预处理步骤，可节省更多的操作成本。

细胞在癌变的过程中，细胞的变形性质就已经发生了变化。处于不同癌变阶段的细胞，其变形能力是不同的。这表明通过测量细胞的刚度，原则上可以区分处于不同癌变程度的细胞，这为监控癌症从侵袭前到侵袭的发生发展提供了一种可能。细胞的变形性可以作为细胞癌变的敏感标志，因此测量细胞刚度具有重要的临床意义。目前检测细胞变形性的方法主要有原子力显微镜方法、微管吸吮技术、细胞压痕、激光衍射法、流体剪切法等。这些测量方法各有优缺点，如微管吸吮方法是目前研究细胞力学常用的方法之一，但是此方法一次只能反映单个细胞变形性，检测速率低(10-100个细胞/h)，不适合临床应用；而原子力显微镜方法操作复杂，设备昂贵，检测速率同样很低。因此，设计一种高通量的癌细胞形变量的方法是十分有必要的。

高通量检测病变部位细胞的刚度，不仅可以潜在判断病人处于癌症的阶段，并且可以根据细胞刚度的不同，对细胞进行分类。如今的技术仅仅限于检测细胞的刚度，未考虑将细胞的这种无标记特征作为细胞分离的依据。基于细胞的变形性特征作为分离标志对于癌症的研究和诊断有重大的潜在意义，可进行癌症的分期、复发检测、癌症抗药性的分子分析等。

目前，传统的细胞分离技术如离心法和过滤法耗时、产率低、需要的样本量大，不适合微量珍贵样品的分析。如今，微流控芯片的微通道缩小到微米级，可以精确操控微尺度的流体，样品以及试剂的消耗量得以大幅度降低，反应时间快，非常适合细胞分离。随着微流控技术的发展，声表面波开始引入到微流控芯片上，用于微粒、液滴、细胞的分离和操纵。微粒在声表面波的微流控芯片中会受到声辐射力和粘滞力，对于大于临界尺寸的粒子，声辐射力起主导作用，粒子向节点位置移动；对于小于临界尺寸的粒子，粘滞力抵消了大部分的声辐射力，导致了很小的侧向运动，从而实现对粒子进行有效的分离。在微流控声场中，作用于颗粒的声辐射力的大小与微粒的尺寸大小、密度、可压缩率三者密切相关，而且通过调节叉指式换能器的激励频率，可以改变分离微粒的临界尺寸，因此基于声表面波的微流控芯片对细胞进行分离比较灵活。

如今基于声表面波的分离方法是根据细胞尺寸大小和密度进行的，这就使得分离的癌细胞只是保证了尺寸上的一致性，而特异性不能得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于细胞形变量和声表面波的癌细胞分离装置及控制系统，能够快速检测细胞的形变量，并根据癌细胞与正常细胞形变量的不同将癌细胞从病人血液样本中分离出来。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：