[发明专利]一种集成弹性-惯性聚焦和虚拟流道的微流控器件及系统

说明书

本发明公开了一种集成弹性‑惯性聚焦和虚拟流道的微流控器件及系统，涉及微流控技术领域，解决了现有检测需要对细胞进行预处理、耗时长、限制检测通量、检测方式鲁棒性不强及适用范围有限的技术问题，其技术方案要点是采用集成弹性‑惯性聚焦的方法，有效实现各类细胞的单列聚焦；同时利用流体压力实现细胞形变，细胞变形更明显；采用虚拟流道控制宽度，实现了宽流道内力度可调节，适用于不同尺寸细胞的剪切变形，且不容易产生堵塞；通过细胞机械性能差异来鉴别，检测后细胞较利用生物分子标记物来鉴别具有更高的生物活性。

技术领域

本申请涉及微流控技术领域，尤其涉及一种集成弹性-惯性聚焦和虚拟流道的微流控器件及系统。

背景技术

细胞的力学性能主要表明其在外力作用下变形或抵抗变形的能力，细胞力学性能的评估可能提供一种新的方法来表征内部细胞成分(例如细胞膜、细胞骨架、细胞核和细胞器)的变化。细胞机械性能的变化也与细胞的生理功能(如白细胞活化、干细胞多能性和分化)和疾病过程(如病毒感染、癌症、白血病和镰状细胞贫血)密切相关。迄今为止，基于对施加外力的时间分辨响应的评估，已经出现了各种机械表型技术，例如原子力显微镜、光学拉伸、微吸管抽吸、平行板流变学和微流控变形性细胞计等。这些方法在诱导变形所需的力类型或大小上有所不同，并且可以提取细胞在弹性模量、粘度、硬度、松弛时间和其他因素方面的机械特性。

然而，对于循环肿瘤细胞的鉴定与表征通常仍采用传统的分析手段，如免疫细胞学、流式细胞术和核酸检测技术等。这些方法均以生物分子标记物为分析对象，不仅影响细胞活性，而且无法实现不表达特定分子标记物的细胞检测，如部分肿瘤细胞在转移过程中可能发生上皮间充质转化而丢失上皮细胞标志物。此外，这些方法还存在操作复杂、检测效率低、通量小以及不易集成等共同缺点。

发明内容

本申请提供了一种集成弹性-惯性聚焦和虚拟流道的微流控器件及系统，其技术目的是基于微流控技术的细胞机械性能表征和检测方法，解决现有检测需要对细胞进行预处理、耗时长、限制检测通量、检测方式鲁棒性不强及适用范围有限等问题。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种集成弹性-惯性聚焦和虚拟流道的微流控器件，包括样品入口，所述样品入口下方连通预聚焦流道的一端，所述预聚焦流道的另一端连通变形性检测流道的一端，所述变形性检测流道的两侧都设有鞘液入口和支路流道，每侧的所述鞘液入口与所述支路流道连通，所述支路流道与所述变形性检测流道连通；所述变形性检测流道的另一端连通分流通道，所述分流通道包括两侧支路和中间支路，所述两侧支路远离所述变形性检测流道的汇合处连通第一出口，所述中间支路远离所述变形性检测流道的一端连通第二出口。

进一步地，为了使大于相应尺寸的杂质流经时将被捕获，减少流道堵塞的风险，所述样品入口设置有过滤筛，所述过滤筛由两种大小且等距排列的微柱阵列组成，分别对杂质进行初筛和细筛。

进一步地，为了使细胞能够在预聚焦流道内实现单列聚焦，所述预聚焦流道为正弦流道，该正弦流道横截面呈高度与宽度的比值为1/2～1/4的矩形，该正弦流道横截面的截面高度为为20～30μm，截面宽度为40～120μm。为达到更好的聚焦效果，样品液为粘弹性溶液，成分为0.01％～1％的PEO溶液或HA溶液。

进一步地，为了使聚焦成单列的细胞束进入检测流道，进而产生变形，所述变形性检测流道横截面呈高度与宽度的比值为1/5～1/10的矩形，该变形性检测流道横截面的截面高度与预聚焦流道横截面的截面高度相等，截面宽度为100～300μm。变形性检测流道两侧为鞘液的支路流道，支路流道与所述变形性检测流道的夹角为15°～75°。高粘性的鞘液由鞘液入口经过支路流道汇入变形性检测流道，形成可调节的虚拟壁面(即虚拟流道)，虚拟流道横截面的截面高度与预聚焦流道横截面的截面高度相等，截面宽度与所测细胞直径的关系为：所测细胞直径为截面宽度的50％～90％。