[发明专利]一种基于微流控技术的外泌体分离装置及其方法

说明书

本发明提供一种基于微流控技术的外泌体分离装置及其方法，通过在微流控芯片中构建非对称柱状结构的水滴形微柱阵列并调整微柱阵列的相关参数，以实现利用确定性侧向位移技术促使粒径尺寸较大的颗粒与外泌体的分离，此外，在外泌体分选区域电连接交变电压源，从而向微柱阵列施加定量的电刺激以促使微柱阵列产生高度非均匀电场，实现对与外泌体组成结构差异较大的颗粒的进一步分离，从而提高了外泌体的分离纯度，本外泌体分离装置将确定性侧向位移技术与介电泳技术对不同类型颗粒分选机制的作用进行叠加协同，既有效弥补各项技术单独作用所存在的缺陷，又能显著提高外泌体的分离效率。

技术领域

本发明涉及属于外泌体分离的技术领域，特别是涉及一种基于微流控技术的外泌体分离装置及其方法。

背景技术

外泌体的形成过程是细胞质膜内陷形成内体，内体膜进一步向内出芽形成管腔状囊泡，从而转变为具有动态亚细胞结构的多囊泡体，当多囊泡体与溶酶体融合后，多囊泡体内的囊泡会发生降解，而当多囊泡体与胞膜融合后，多囊泡体内的囊泡会再次凹陷，以内出芽方式形成颗粒状小囊泡，并释放入细胞外环境。由于细胞在内陷过程中的不均一性，以及细胞内多囊泡体成熟过程中存在的蛋白质分类机制，使得外泌体在尺寸以及包含的内容物上存在较大的差异，即不同组织细胞分泌的外泌体所携带的内容物存在差异，同一组织在不同状态(例如：健康或疾病，静息或运动)时所分泌的外泌体内容物也有较大差异。由于外泌体所具有的异质性的特点，使得其在疾病的诊断、分型、分期、预后以及治疗方面都具有重大意义。

外泌体的尺寸大小一般是30nm～150nm，其所在体液内存在大量不同种类的颗粒(如：核外颗粒体、凋亡小体等密度和结构与外泌体十分接近的胞外囊泡)以及各类与外泌体尺寸范围有重合的纳米级颗粒(如脂蛋白和逆转录病毒等)。目前对外泌体的分离所使用的常规方案主要包括密度梯度离心法、超滤离心法以及免疫磁珠法，但上述方法在设备、试剂成本、操作复杂度、对外泌体损害程度以及分离纯度等方面还存在不同程度的缺陷。

微流控技术作为一项对于微量液体及其中的微纳米级别颗粒(如细胞、微球、生物大分子等)实现精准操控的新兴技术，近年来无论在生命科学基础研究或是临床医学诊疗方向均得到了广泛的应用。利用微流控技术实现外泌体的分离捕获也逐渐得到了本领域研究人员的重视，微流控技术领域经过多年的技术发展与积累，已经开发出一系列可用于操控微小尺度颗粒的成熟技术方案，例如：介电泳技术以及确定性侧向位移技术，其中，确定性侧向位移技术对于与外泌体大小相近的胞外纳米颗粒的分离有较大困难，而介电泳技术的作用相比于分离微米颗粒，其在纳米尺度下的分离效果大大减弱，因此，如何将两种技术进行综合作用以取长补短，从而提高外泌体的分离效率成为当下亟待解决的难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微流控技术的外泌体分离装置及其方法，用于解决现有技术中外泌体的分离效率低以及分离纯度差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于微流控技术的外泌体分离装置，外泌体分离装置至少包括：

微流控芯片，所述微流控芯片包括外泌体分选区域，所述外泌体分选区域包括微柱通道，所述微柱通道的一端连通有进样口，所述微柱通道的另一端连通有第一废液出口、第二废液出口以及外泌体出口，所述微柱通道中设置有微柱阵列，所述微柱阵列中包含多个截面形貌为水滴形的微柱且所述水滴形的微柱的尖端所指方向一致；

电压源，所述电压源与所述微流控芯片电连接，从而在所述微柱通道处形成高梯度不均匀电场；

PDMS封装层，所述PDMS封装层与所述微流控芯片紧密键合。

可选地，所述电压源为交变电压源。

可选地，所述交变电压源的频率为10kHz～500kHz。

可选地，所述微柱阵列的阈值为150nm且所述微柱阵列的行位移分数为0.1～0.2。