專利名稱：實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件及其分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件及其分離方法，特別涉及ー種制作簡單，井能夠長時(shí)間持續(xù)分離的微流控器件及其分離方法。
背景技術(shù)：
隨著個(gè)人化醫(yī)療需求和新藥研發(fā)的發(fā)展，自動化樣品處理技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，已成為微流控芯片技術(shù)的真正走向應(yīng)用的ー個(gè)重要發(fā)展方向。利用微流控芯片中微通道實(shí)現(xiàn)血液樣品自動化處理過程，具有比傳統(tǒng)的離心或靜置轉(zhuǎn)移等方法更多的優(yōu)勢，如易于實(shí)現(xiàn)全功能的器件集成、自動化程度大大提高，使用成本低等。目前已發(fā)表的實(shí)現(xiàn)芯片上 血衆(zhòng)分離方法中，多采用基于過濾、離心、plasma-skimming效應(yīng)等原理來實(shí)現(xiàn),這些方法存在分離容量小，器件集成復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間持續(xù)分離等問題，極大地限制了微流控芯片上血漿分離功能的實(shí)現(xiàn)與使用。重力場作用芯片芯片上血漿分離的報(bào)道如Tachi等采用兩條平行的微通道在全血緩慢流過其中一條微通道的情況下，通過兩條微通道間的微米通道對沉降一定距離的全血進(jìn)行過濾，該方法存在著流速低，需要精細(xì)微加工，使用時(shí)間受限等問題。另外ー種基于重力沉降的血漿分離芯片由Lee等提出，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一滴血液的血漿即時(shí)分離，不具備連續(xù)分離的能力。因此，需要發(fā)明ー種制作簡單并能夠長時(shí)間持續(xù)分離的微流控器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，解決現(xiàn)有的微流控器件不能實(shí)現(xiàn)血漿的持續(xù)分離，制作復(fù)雜的問題。本發(fā)明的另ー目的是提供使用上述微流控器件持續(xù)分離血漿的方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一、一種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，該裝置包括微流控芯片和L型導(dǎo)管，微流控芯片中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道、血漿通道和細(xì)胞通道，三條微通道開ロ在微流控芯片的表面，分別為進(jìn)樣ロ、血漿收集ロ、細(xì)胞出口；L型導(dǎo)管有長端和短端，短端與進(jìn)樣ロ相通，且短端與微流控芯片的平面垂直；其中，L型導(dǎo)管的長端和血漿通道分別與L型導(dǎo)管的短端、全血通道和細(xì)胞通道形成的平面垂直，但方向相反。所述的L型導(dǎo)管的內(nèi)徑為O. 5mm 2mm。所述的微通道的內(nèi)徑為O. 05mm O. 5_。所述的微流控芯片包括玻璃芯片和PDMS蓋片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的開ロ則位于PDMS蓋片上，玻璃芯片和PDMS蓋片鍵合為一體。ニ、ー種使用上述微流控器件持續(xù)分離血漿的方法，全血在L型導(dǎo)管長端內(nèi)發(fā)生沉降分為上下兩層，經(jīng)過L型導(dǎo)管短端的轉(zhuǎn)向作用后，通過進(jìn)樣ロ進(jìn)入全血通道，轉(zhuǎn)換為左右兩層，血漿層進(jìn)入血漿通道通過血漿收集ロ排出，血細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞通道通過細(xì)胞出ロ排出。采用上述技術(shù)方案的積極效果本發(fā)明制作簡單、成本低，應(yīng)用導(dǎo)管的轉(zhuǎn)向作用，即可將細(xì)胞與血漿的分層方向由上下轉(zhuǎn)成左右，然后從不同的ロ收集，可以長時(shí)間工作、持續(xù)分離血漿，且不會發(fā)生堵塞；本發(fā)明的分離參數(shù)可以隨時(shí)調(diào)節(jié)，可根據(jù)不同的需要調(diào)節(jié)全血進(jìn)樣速度，以得到不同純度的血漿。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的微流控芯片中微通道的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進(jìn)樣速度條件下分離得到的血漿中紅細(xì)胞去除率。圖4是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進(jìn)樣速度條件下分離得到的血漿中游離血紅蛋白含量，直線表示離心方法獲得的血漿中游離血紅蛋白的含量。圖中，I微流控芯片，2 L型導(dǎo)管，3全血通道，4血漿通道，5細(xì)胞通道，6進(jìn)樣ロ，7血漿收集ロ，8細(xì)胞出口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。實(shí)施例I
圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的微流控芯片中微通道的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖I、圖2所示，一種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，該裝置包括微流控芯片I和L型導(dǎo)管2，微流控芯片I中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道
3、血漿通道4和細(xì)胞通道5，三條微通道開ロ在微流控芯片I的表面，分別為進(jìn)樣ロ 6、血漿收集ロ 7、細(xì)胞出口 8。進(jìn)樣ロ 6、血漿收集ロ 7、細(xì)胞出口 8分別用于進(jìn)入全血、收集血漿以及收集血細(xì)胞。L型導(dǎo)管2有長端和短端，短端與進(jìn)樣ロ 6相通，且短端與微流控芯片I的平面垂直。其中，L型導(dǎo)管2的長端和血漿通道4分別與L型導(dǎo)管2的短端、全血通道3和細(xì)胞通道5形成的平面垂直，但方向相反。對微通道和L型導(dǎo)管2的角度做嚴(yán)格的限制，主要是為了能使細(xì)胞與血漿的分層方向由上下轉(zhuǎn)成左右，便于分別收集。在實(shí)際使用中，L型導(dǎo)管2的內(nèi)徑為O. 5mm 2mm,微通道的內(nèi)徑為O. 05mm O. 5mm,便于全血分層以及收集血衆(zhòng)。本發(fā)明基于的原理包括(I)紅細(xì)胞密度大于血漿密度，存在相對于血漿的重力沉降過程；(2)全血在低剪切速率條件下，紅細(xì)胞的自然生理功能會使其互相聚集形成串錢狀的聚集體；(3)根據(jù)Stokes沉降理論，紅細(xì)胞聚集體的形成會大大加快沉降速度而在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與血漿的分層；(4)呈T字型的微通道與L型導(dǎo)管可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與血漿的分層方向由上下轉(zhuǎn)化為左右；(5)左右分層的全血可以利用在微流控芯片中流體的層流特性和芯片上分流結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)血漿的持續(xù)高效分離。在制作時(shí)，微流控芯片I包括玻璃芯片和PDMS蓋片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的開ロ則位于PDMS蓋片上，玻璃芯片和PDMS蓋片鍵合為一體。首先，設(shè)計(jì)、制作微流控芯片I通道掩膜；采用標(biāo)準(zhǔn)紫外光刻和化學(xué)濕法刻蝕技術(shù)，在玻璃芯片上制作微通道；具有微通道的玻璃芯片與打孔后的PDMS (聚ニ甲基硅氧烷)蓋片通過等離子處理進(jìn)行鍵合；用酒精燈拉制玻璃毛細(xì)采血管制備L型導(dǎo)管2 ;將拉制好的L型導(dǎo)管2短端插入微流控芯片I的進(jìn)樣ロ 6處即可。該芯片的制作方法為現(xiàn)有技術(shù)中提供的方法，具體步驟如下
(I)在玻璃芯片上加工微通道利用紫外光刻和化學(xué)濕法刻蝕技術(shù)，在勻膠鉻板玻璃上經(jīng)過曝光、顯影、定影、老化光膠、去鉻和刻蝕幾個(gè)步驟，加工獲得微通道。通道深度均為50微米。(2)PDMS蓋片的制備Sylgard 184單體和固化劑以10:1 (質(zhì)量比)的比例混合，脫氣，倒于干凈的平面圍堰上熱固化后揭下即可獲得。根據(jù)需要采用打孔器打孔。在PDMS片上打3個(gè)孔，分別為進(jìn)樣ロ 6、血漿分離出口 7、細(xì)胞出口 8。(3)玻璃和PDMS蓋片分別清洗干凈后，置于等離子清洗機(jī)中，處理時(shí)間2min，馬上對齊鍵合。 (4)取長為IOcm的玻璃毛細(xì)采血管，用酒精燈將毛細(xì)管拉制成L形，兩端長度分別大約為8cm和2cm,制備出L型導(dǎo)管2。(5)將L形導(dǎo)管2短端垂直插入PDMS蓋片上對應(yīng)的進(jìn)樣ロ 6，長端通過硅膠管與注射泵相連。芯片上血漿收集ロ 7、細(xì)胞出口 8通過導(dǎo)管連到收集容器。其中掩膜采用矢量繪圖軟件設(shè)計(jì)微通道圖案，采用高分辨率(5080dpi或以上)的激光排照機(jī)打印出帶有圖案的聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET )膠片作為光刻掩膜。標(biāo)準(zhǔn)紫外光刻中，顯影液為O. 5%的NaOH水溶液(w/w)，定影液為去離子水，老化光膠是在110°c熱臺上放置15分鐘?；瘜W(xué)濕法刻蝕所用的刻蝕液為1 mo I じ1 HF, O. 5 mo I じ1 NH4F和O. 5 mo I じ1HNO3的混合溶液，通過控制刻蝕時(shí)間來控制微通道深度。去鉻液為200g硝酸鈰銨、35mL冰醋酸和IOOOmL水的混合溶液。實(shí)施例2
ー種使用微流控器件持續(xù)分離血漿的方法，取新鮮檸檬酸鈉抗凝全血，用磷酸鹽緩沖液稀釋至紅細(xì)胞壓積為8%的樣品，注射泵調(diào)節(jié)進(jìn)樣速度，全血進(jìn)樣速度在I微升每分鐘到100微升每分鐘，全血在L型導(dǎo)管2長端內(nèi)發(fā)生沉降分為上下兩層，經(jīng)過L型導(dǎo)管2短端的轉(zhuǎn)向作用后，通過進(jìn)樣ロ 6進(jìn)入全血通道3，轉(zhuǎn)換為左右兩層，血漿層進(jìn)入血漿通道4通過血漿收集ロ 7排出，血細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞通道5通過細(xì)胞出口 8排出。通過采用壓カ調(diào)節(jié)夾調(diào)節(jié)血漿收集速度進(jìn)行血漿收集。血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進(jìn)樣速度條件下分離得到的血漿中紅細(xì)胞去除率和游離血紅蛋白含量分別如圖3、圖4所示。圖3是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進(jìn)樣速度條件下分離得到的血漿中紅細(xì)胞去除率；圖4是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進(jìn)樣速度條件下分離得到的血漿中游離血紅蛋白含量，直線表示離心方法獲得的血漿中游離血紅蛋白的含量。從圖中可以得出，血液進(jìn)樣速度越小，血漿中的紅細(xì)胞去除率就越高，同時(shí)，血漿中游離血紅蛋白含量就越?。环粗?，血液進(jìn)樣速度越大，血漿中的紅細(xì)胞去除率就越低，同時(shí)，血漿中游離血紅蛋白含量就越高。通過對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)血液進(jìn)樣速度不超過50微升每分鐘時(shí)，血漿中游離血紅蛋白的去除效果優(yōu)于離心方法。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，其特征在于該裝置包括微流控芯片(I)和L型導(dǎo)管(2)，微流控芯片(I)中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道(3)、血漿通道(4)和細(xì)胞通道(5)，三條微通道開口在微流控芯片(I)的表面，分別為進(jìn)樣口(6)、血漿收集口(7)、細(xì)胞出口(8) ；L型導(dǎo)管(2)有長端和短端，短端與進(jìn)樣口(6)相通，且短端與微流控芯片(I)的平面垂直；其中，L型導(dǎo)管(2)的長端和血漿通道(4)分別與L型導(dǎo)管(2)的短端、全血通道(3)和細(xì)胞通道(5)形成的平面垂直，但方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的所述的實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，其特征在于所述的L型導(dǎo)管(2)的內(nèi)徑為0. 5mm 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的所述的實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，其特征在于所述的微通道的內(nèi)徑為0. 05mm 0. 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的所述的實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，其特征在于所述的微流控芯片(I)包括玻璃芯片和PDMS蓋片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的開口則位于PDMS蓋片上，玻璃芯片和PDMS蓋片鍵合為一體。
5.一種使用微流控器件持續(xù)分離血漿的方法，其特征在于全血在L型導(dǎo)管(2)長端內(nèi)發(fā)生沉降分為上下兩層，經(jīng)過L型導(dǎo)管(2)短端的轉(zhuǎn)向作用后，通過進(jìn)樣口(6)進(jìn)入全血通道(3 )，轉(zhuǎn)換為左右兩層，血漿層進(jìn)入血漿通道(4 )通過血漿收集口( 7 )排出，血細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞通道(5)通過細(xì)胞出口(8)排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)血漿持續(xù)分離的微流控器件，包括微流控芯片和L型導(dǎo)管，微流控芯片中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道、血漿通道和細(xì)胞通道，三條微通道開口在微流控芯片的表面，分別為進(jìn)樣口、血漿收集口、細(xì)胞出口；L型導(dǎo)管有長端和短端，短端與進(jìn)樣口相通，且短端與微流控芯片的平面垂直；其中，L型導(dǎo)管的長端和血漿通道分別與L型導(dǎo)管的短端、全血通道和細(xì)胞通道形成的平面垂直，但方向相反。本發(fā)明制作簡單、成本低，可以長時(shí)間工作，實(shí)現(xiàn)血漿的持續(xù)分離。
文檔編號B01L3/00GK102631959SQ201210115929
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者夏興華, 張顯波, 徐靜娟 申請人:南京大學(xué)