[发明专利]一种结合磁泳与介电泳的血细胞微流控分离装置及方法

说明书

本发明提供一种结合磁泳与介电泳的血细胞微流控分离装置及方法，本发明装置包括：微通道、两个进液口、四个出液口、永磁体、铁磁体、两对微电极。本装置按照样品流动方向依次设置磁泳分离区域和介电泳分离区域，其中，磁泳分离区域利用永磁体产生磁场，实现红细胞和血小板混合样品与循环肿瘤细胞和白细胞混合样品的分离。介电泳分离区域利用不对称孔结构，产生高梯度不均匀电场，分别实现红细胞与血小板的分离，以及循环肿瘤细胞与白细胞的分离。本发明以磁泳作为介电泳分离的预富集阶段实现一级分离，并利用介电泳实现二级分离，从而实现血液样品中循环肿瘤细胞、红细胞、血小板和白细胞的连续分离，无需预先标记细胞样品，不影响细胞生理活性。

技术领域

本发明涉及细胞分离技术领域，具体而言，尤其涉及一种结合磁泳与介电泳的血细胞微流控分离装置及方法。

背景技术

细胞的分离是细胞生物学研究和许多诊断以及治疗方法中必不可少的步骤。因为血液是一种信息极其丰富、易于获取的组织，所以目前许多的诊断测试依赖于分离的血液成分，如白细胞是几项血液学测试和DNA测序所必需的。血液成分也可用于治疗学，手术过程中经常需要输入纯化的血小板。血液中的一些特殊细胞还常常预示着某种疾病，例如单核红细胞是红细胞异常转换相关疾病标志物。再比如用常规临床筛查方法检测出原发性肿瘤之前，就可以在患者体内发现循环肿瘤细胞这一稀有细胞。因此，有必要从血液中分离出一些特殊细胞进行准确的相关性分析。

微流控芯片是进行细胞分离的技术之一，其可以在一个小型化的平台上完成对如细胞这样的微小颗粒的精确操控。微流控细胞分离技术可以分为基于标记技术的和基于无标记技术两种类型。基于标记技术的细胞分离技术包括荧光标记细胞分离和磁珠标记细胞分离等。被荧光标记的细胞，其收集的散射和荧光数据可用来分析鉴定细胞类型或基因表达。被磁珠标记的细胞，在外加磁场的环境下会受到磁力的作用，有助于通过磁泳来进行细胞分离。而基于无标记技术的细胞分离技术无需预先标记细胞样品，依据细胞特异性物理差异，如形状、大小、密度、介电特性和磁特性等特征实现分离。下面主要介绍两种无标记分离技术，基于介电泳的分离技术和基于磁泳的分离技术。

介电泳是指可极化的颗粒在不均匀电场中产生的运动。其中，介电泳力的大小与颗粒的粒径尺寸成正比，介电泳力的方向由颗粒的介电性质决定。当颗粒的极化率高于溶液的极化率，颗粒在正介电泳力的作用下向不均匀电场强度较强的区域移动。反之，当颗粒的极化率低于溶液的极化率，颗粒会受到负介电泳力的作用，并向不均匀电场强度较弱的区域移动。因此，在高梯度不均匀电场中，不同尺寸和材质的颗粒(如细胞)在介电泳力的作用下产生不同的运动轨迹，从而移动至不同的收集通道实现介电泳分离。磁泳是指某种颗粒在磁场中迁移的现象。其中，磁泳力的大小与颗粒的粒径尺寸成正比，磁泳力的方向由颗粒与周围介质磁化率的差异决定。当颗粒的磁化率高于周围介质的磁化率，在正磁泳力的作用下，颗粒会向磁通密度的梯度较高的区域移动。反之，如果颗粒的磁化率低于周围介质的磁化率，则会受到负磁泳力，并向磁通密度的梯度较低的区域移动。因此，与介电泳类似，颗粒(如细胞)在磁泳力的作用下移动至不同的收集通道以实现分离。

一毫升血液中大约含有几百万个白细胞和几十亿个红细胞，但却只有1到10个循环肿瘤细胞。血液中类似于循环肿瘤细胞的其他稀有细胞还有造血干细胞和循环胎儿细胞等。由于这些细胞在血液中的浓度很低，所以其检测和分析具有一定难度。如果能从血液中分离出红细胞、白细胞等高浓度细胞，将给循环肿瘤细胞的治疗带来极大的便利。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种结合磁泳与介电泳的血细胞微流控分离装置及方法。本发明装置按照样品流动方向依次设置磁泳分离区域和介电泳分离区域，可实现血液样品中循环肿瘤细胞、红细胞、血小板和白细胞的连续分离，无需预先标记细胞样品，不影响细胞生理活性。

本发明采用的技术手段如下：

一种结合磁泳与介电泳的血细胞微流控分离装置，包括：微通道层、微电极层以及磁体层；