[发明专利]集成微混合器与Tesla阀的多级惯性微流控血样处理芯片

说明书

本发明集成微混合器与Tesla阀的多级惯性微流控血样处理芯片，涉及微量采集血液样本的快速体积扩充与目标细胞筛选的一体化实现方法，具体为微混合器、两级惯性细胞分选单元以及特斯拉阀流阻匹配单元的一体化设计与制备。本发明利用流阻匹配的方法实现了两级惯性微流控单元的串联，通过流阻匹配流道将血细胞导出与两级惯性聚焦相结合的方法实现了微量血液样本中稀有癌细胞的高精度富集与筛选，与现有的一级被动式微流控癌细胞筛选技术相比，本发明所提出的两级串联方案筛选纯度更高。现有微流控细胞操纵技术需要先将血液样本稀释后再注入微流控芯片，本发明将微混合器与惯性癌细胞筛选器（一、二级惯性分选单元）集成在一体化片上实现了微量血液样本的稀释与癌细胞的高精度筛选。

技术领域

本发明涉及微量采集血液样本的快速体积扩充与目标细胞筛选的一体化实现方法，具体为微混合器、两级惯性细胞分选单元以及特斯拉阀流阻匹配单元的一体化设计与制备。

背景技术

目前能够有效用于临床癌症状态检测的方法成本高昂，操作复杂，且病人在检测过程常承受较大痛苦(如肝脏穿刺等)。近年来，微流控技术的发展为癌症检测的低成本普及提供了一条路径，具体解决方法大致如下：首先利用微流控技术对微量采集癌症患者外周血中的循环肿瘤细胞进行富集，并除掉其他细胞尺度杂质；其次利用光学检测方法快速对富集后的样本进行癌细胞计数；最后利用癌细胞数量与外周血体积的关系可以得到癌细胞浓度，依据浓度便可判断患者癌症所处的发病周期。这项技术的实现能够方便快捷低成本地实现癌症的早期诊断，大幅降低癌症的致死率。

这种利用微流控技术的检测方案的大规模临床应用面临一个困难，即微流控单元对细胞的操纵精度和处理效率难以兼得，利用外加物理场操纵细胞的主动式微流控技术操纵精度高，但是样本通量低，处理效率低(如图7所示)；利用流体曳力基于细胞尺寸差异实现操纵的被动式微流控技术样本通量高(如图8所示)，能够实现很高的处理效率，但是精度较低，常有非目标细胞与目标细胞混杂的情况出现。

发明内容

本发明要解决如下技术问题：1、芯片上集成一体化实现微量采集血液样本的体积扩充与癌细胞富集提纯；2、利用多级串联的方式实现被动式微流控细胞操纵精度的提升。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种集成微混合器与Tesla 阀的多级惯性微流控血样处理芯片，所述芯片上制备有入口区、微混合器、一级惯性分选单元、Tesla阀流阻匹配区、二级惯性分选单元以及出口区；所述入口区由微量血样入口和缓冲液入口以及连接微量血样入口和缓冲液入口的中间段组成，中间段与微混合器相连接；所述微混合器由多个顺次连接的微混合单元以及末级通道组成，每个微混合单元由第一通道、与第一通道呈钝角连接的第二通道、与第二通道呈直角连接的第三通道以及与第三通道呈直角的第四通道组成，且第二通道与第四通道位于第三通道中心线的两侧；最靠近入口区的微混合单元的第一通道与入口区中间段相连接；第一通道内设有排成“八”字型的一对挡板，该“八”字型的一对挡板与第一通道两边管壁之间有间隙；第二通道与第三通道的直角连接处有一块挡板，该挡板沿该直角的角平分线走向排列且与该直角连接处的两个端点之间有间隔；第三通道与第四通道的直角连接处有一块挡板，该挡板沿该直角的角平分线走向排列且与该直角连接处的两个端点之间有间隔；末级通道一端与最后一级的微混合单元的第四通道连接并与该第四通道呈钝角，另一端与一级惯性分选单元的入口相连通，末级通道内设有排成“八”字型的一对挡板，该“八”字型的一对挡板与末级通道的管壁两侧有间隔；

一级惯性分选单元的出口端通过一个分岔的连接结构分别连接 Tesla阀流阻匹配区和二级惯性分选单元，Tesla阀流阻匹配区由多个特斯拉阀按照高流阻的配置方式顺次连接而成，Tesla阀流阻匹配区的前端与连接结构的一条支路相连接，Tesla阀流阻匹配区的末端连接有一个一级废液出口；二级惯性分选单元的入口端与连接结构的另一条支路相连接，二级惯性分选单元的出口端分成两条支路，分别连接有二级废液出口和目标液出口。