微流控芯片、血細(xì)胞分離方法與系統(tǒng)及該系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及血細(xì)胞分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微流控芯片、基于該芯片的全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)、該系統(tǒng)的制作方法及利用該系統(tǒng)進(jìn)行全血血細(xì)胞分離的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]白細(xì)胞包含豐富的免疫系統(tǒng)信息，很多針對(duì)白細(xì)胞的檢測(cè)需要將它們從全血中分離出來。離心分離等一些傳統(tǒng)的分離方法，所用設(shè)備體積大、樣品需求量多、操作復(fù)雜，很難與后續(xù)檢測(cè)分析儀器集成。利用微流控芯片對(duì)白細(xì)胞進(jìn)行分離是基于微流控芯片進(jìn)行白細(xì)胞檢測(cè)分析的基礎(chǔ)。由于血細(xì)胞的濃度很高，而白細(xì)胞的含量又很少，在微流控芯片中高效地將白細(xì)胞從全血中分離出來仍具有很大的挑戰(zhàn)?；谖⑦^濾的血細(xì)胞分離方法，具有無須對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記、操作相對(duì)簡(jiǎn)單以及易于同后續(xù)檢測(cè)設(shè)備集成等優(yōu)點(diǎn)。用于細(xì)胞分離的微過濾以過濾結(jié)構(gòu)分類可以分為:堰式過濾、柱式過濾和膜式過濾;基于流動(dòng)方向可分為:死端過濾和錯(cuò)流過濾，在死端過濾中主流的流動(dòng)方向和過濾器垂直，而錯(cuò)流過濾中主流的流動(dòng)方向和過濾器平行。其中膜式過濾相對(duì)易于加工并且具有更大的過濾面積。但基于膜式過濾的血細(xì)胞分離芯片具有以下最主要的問題:1.由于血細(xì)胞的濃度非常高，在過濾的過程中濾膜的微孔會(huì)被血細(xì)胞堵塞，導(dǎo)致部分微孔無法進(jìn)行有效地過濾，極大地降低了芯片分離血細(xì)胞的效率;2.目前絕大多數(shù)血細(xì)胞分離芯片都需要外部的流體驅(qū)動(dòng)源，如注射栗、蠕動(dòng)栗、真空栗等，這導(dǎo)致整個(gè)血細(xì)胞分離系統(tǒng)很難做到小型化、輕量化，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)(point of care)即時(shí)分離需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種微流控芯片、基于該芯片的全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)、該系統(tǒng)的制作方法及利用該系統(tǒng)進(jìn)行全血血細(xì)胞分離的方法，用于對(duì)血細(xì)胞進(jìn)行分離，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)分離效率低、小型化和輕量化不足的缺陷，滿足現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)血樣分離需求。
[0004]為此目的，一方面，本發(fā)明提出一種微流控芯片，所述芯片由微孔濾膜層、包含主要流道結(jié)構(gòu)的基片層和包含上層流道結(jié)構(gòu)的柔性聚合物層組成，通過將所述包含主要流道結(jié)構(gòu)的基片層先后與所述微孔濾膜層和包含上層流道結(jié)構(gòu)的柔性聚合物層鍵合制成，并在內(nèi)部形成微溝道系統(tǒng);其中，
[0005]所述微溝道系統(tǒng)包括:微栗區(qū)、循環(huán)區(qū)、第一溝道、第二溝道、第三溝道，以及由主要流道結(jié)構(gòu)、微孔濾膜層和上層流道結(jié)構(gòu)形成的過濾區(qū)，所述過濾區(qū)的兩層通道中一層通道的末端連接所述第一溝道，另一層通道的末端連接所述第二溝道，所述第二溝道與循環(huán)區(qū)連通，所述循環(huán)區(qū)與微栗區(qū)通過溝道連接，所述第三溝道與連接所述循環(huán)區(qū)和微栗區(qū)的溝道連通，所述微栗區(qū)與過濾區(qū)通過溝道連接，所述第一溝道的末端設(shè)置有第一出口以及與該第一出口相對(duì)應(yīng)的第一出口微閥，所述第二溝道的末端設(shè)置有第二出口以及與該第二出口相對(duì)應(yīng)的第二出口微閥，所述第一出口和第二出口中一個(gè)出口為目標(biāo)細(xì)胞出口，另一個(gè)出口為廢液出口，所述第三溝道的末端設(shè)置有血液入口、緩沖液入口以及與該血液入口相對(duì)應(yīng)的血液入口微閥和與該緩沖液入口相對(duì)應(yīng)的緩沖液入口微閥，所述循環(huán)區(qū)與第二溝道的連通處設(shè)置有循環(huán)區(qū)微閥，在所述包含上層流道結(jié)構(gòu)的柔性聚合物層中貫穿所述包含上層流道結(jié)構(gòu)的柔性聚合物層對(duì)應(yīng)所述血液入口、緩沖液入口、目標(biāo)細(xì)胞出口和廢液出口分別設(shè)置有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔為垂直通孔，所述第一通孔和第二通孔分別通過所述血液入口和緩沖液入口與第三溝道連接，所述第三通孔和第四通孔分別通過所述目標(biāo)細(xì)胞出口和廢液出口分別與所述目標(biāo)細(xì)胞出口對(duì)應(yīng)的溝道和廢液出口對(duì)應(yīng)的溝道連接，所述微栗區(qū)設(shè)置有雙向蠕動(dòng)微栗O
[0006]另一方面，本發(fā)明提出一種基于前述微流控芯片的全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)，包括:
[0007]微流控芯片、微栗驅(qū)動(dòng)裝置、微閥驅(qū)動(dòng)裝置、控制模塊和電源模塊;其中，
[0008]所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置，位于所述微流控芯片的微栗區(qū)上方，用于為所述微流控芯片的微栗提供驅(qū)動(dòng)力；
[0009]所述微閥驅(qū)動(dòng)裝置，位于所述微流控芯片上方，用于打開和關(guān)閉所述微流控芯片的相應(yīng)微閥；
[0010]所述控制模塊，用于通過控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置控制所述微栗的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速度及通過控制所述微閥驅(qū)動(dòng)裝置控制所述微閥的打開和關(guān)閉；
[0011]電源模塊，用于為所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置、微閥驅(qū)動(dòng)裝置及控制模塊供電；
[0012]所述微閥驅(qū)動(dòng)裝置包括四個(gè)下端面為平面或者球面的可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述微閥驅(qū)動(dòng)裝置的四個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)分別對(duì)準(zhǔn)所述微流控芯片的一個(gè)通孔，
[0013]若所述微栗為環(huán)形蠕動(dòng)栗，則所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)、固連在電機(jī)上的軸套、裝于所述軸套中的彈簧和鋼珠，若所述微栗為直線蠕動(dòng)栗，則所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置包括四個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)為電磁鐵或者能夠輸出直線位移的電機(jī)。
[0014]另一方面，本發(fā)明提出一種前述全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)的制作方法，包括:
[0015]S11、在基片層上制作微溝道，在柔性聚合物層上制作微溝道，將微孔濾膜層和基片層鍵合在一起，將柔性聚合物層和基片層鍵合在一起，形成微溝道系統(tǒng)；
[0016]S12、在柔性聚合物層上打孔，制作出血液入口、緩沖液入口、目標(biāo)細(xì)胞出口和廢液出口對(duì)應(yīng)的通孔，形成微流控芯片；
[0017]S13、在微流控芯片的微栗區(qū)上方布置微栗驅(qū)動(dòng)裝置；
[0018]S14、在微流控芯片上方布置四個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)分別對(duì)準(zhǔn)一個(gè)通孔，其中，所述四個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)組成微閥驅(qū)動(dòng)裝置；
[0019]S15、在微流控芯片周圍布置控制模塊和電源模塊，并將所述控制模塊與所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置和微閥驅(qū)動(dòng)裝置連接，將所述電源模塊與所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置、微閥驅(qū)動(dòng)裝置和控制模塊連接。
[0020]另一方面，本發(fā)明提出一種利用前述全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)進(jìn)行全血血細(xì)胞分離的方法，包括:
[0021 ] S21、通過控制模塊關(guān)閉血液入口微閥、目標(biāo)細(xì)胞出口微閥、循環(huán)區(qū)微閥，打開緩沖液入口微閥和廢液出口微閥，控制微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而從緩沖液入口吸入緩沖液，并使微流控芯片的溝道充滿或者部分充滿緩沖液；
[0022]S22、通過所述控制模塊關(guān)閉緩沖液入口微閥，打開血液入口微閥，控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而從血液入口吸入一定量的全血樣品；
[0023]S23、通過所述控制模塊關(guān)閉血液入口微閥，打開緩沖液入口微閥，控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而從緩沖液入口吸入緩沖液，將全血樣品推至過濾區(qū)進(jìn)行過濾；
[0024]S24、過濾一段時(shí)間后，通過所述控制模塊關(guān)閉緩沖液入口微閥和廢液出口微閥，打開循環(huán)區(qū)微閥，控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)微流控芯片的溝道內(nèi)的流體反向流動(dòng)，將堵塞在微孔濾膜層的微孔中的血細(xì)胞反向推出；
[0025]S25、通過所述控制模塊控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)微流控芯片的溝道內(nèi)的流體在微流控芯片中循環(huán)過濾；
[0026]S26、通過所述控制模塊關(guān)閉循環(huán)區(qū)微閥，打開緩沖液入口微閥和廢液出口微閥，控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而從緩沖液入口吸入緩沖液，將剩余的紅細(xì)胞和血漿從廢液出口排出；
[0027]S27、重復(fù)執(zhí)行步驟S24至S26若干次；
[0028]S28、通過所述控制模塊關(guān)閉廢液出口微閥，打開目標(biāo)細(xì)胞出口微閥，控制所述微栗驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述微栗正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而從緩沖液入口吸入緩沖液，將分離好的血細(xì)胞從目標(biāo)細(xì)胞出口推出，收集分離好的目標(biāo)細(xì)胞。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例所述的微流控芯片、基于該芯片的全血血細(xì)胞分離系統(tǒng)、該系統(tǒng)的制作方法及利用該系統(tǒng)進(jìn)行全血血細(xì)胞分離的方法，所涉及的微流控芯片利用蠕動(dòng)微栗雙向驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，可以快速改變芯片內(nèi)流體的流動(dòng)方向，將堵塞在濾膜微孔中的血細(xì)胞反向推出，有效避免多孔濾膜的堵塞;采用錯(cuò)流過濾和死端過濾相結(jié)合的方式對(duì)血細(xì)胞進(jìn)行過濾，進(jìn)一步減少濾膜的堵塞，可實(shí)現(xiàn)大量血樣的分離;雙向蠕動(dòng)微栗集成在微流控芯片上，樣品的輸入輸出無需外部流體驅(qū)動(dòng)源，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化和輕量化，為現(xiàn)場(chǎng)的快速、高通量血液分離提供了有效的手段。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例提供的微流控芯片的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的分層說明圖；
[0033]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的分層說明圖；
[0034]圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的分層說明圖；
[0035]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的分層說明圖；
[0036]圖7是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的微流控芯片的分層說明圖；
[0037]圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的采用環(huán)形蠕動(dòng)栗的微流控芯片的示意圖；
[0038]圖9是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的采用直線蠕動(dòng)栗的微流控芯片的示意圖；
[0039]圖10是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種微栗驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖11是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種微栗驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖12是本