本發(fā)明屬于微流控，具體涉及一種用于牛奶體細(xì)胞分析的自動樣本處理芯片和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、流式細(xì)胞術(shù)（flow?cytometry，fcm）是一種重要的細(xì)胞分析技術(shù)，通過熒光標(biāo)記和激光檢測，能夠高效地分析細(xì)胞的物理和化學(xué)特性。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷、細(xì)胞生物學(xué)研究以及食品安全檢測中發(fā)揮了重要作用。在食品安全領(lǐng)域，特別是牛奶質(zhì)量控制方面，流式細(xì)胞術(shù)可用于檢測牛奶中的細(xì)菌、體細(xì)胞數(shù)量，以確保牛奶的衛(wèi)生和質(zhì)量。當(dāng)使用流式細(xì)胞術(shù)檢測牛奶樣本中的體細(xì)胞時，通常需要先進(jìn)行過濾，防止流通池堵塞。然后使用特定的熒光染料對細(xì)胞核進(jìn)行染色。染色細(xì)胞流經(jīng)毛細(xì)管通道，在激光器的激發(fā)光照射下發(fā)出熒光，并利用光電探測器記錄和分析熒光信號。

2、然而，傳統(tǒng)的流式細(xì)胞術(shù)在牛奶檢測中的應(yīng)用面臨著一些問題，特別是在樣本前處理和染色步驟中。傳統(tǒng)方法通常需要多個手動操作步驟，包括細(xì)胞取樣、過濾、染色和定量，操作復(fù)雜且耗時。這些步驟容易引入人為誤差，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。現(xiàn)有方法處理樣本的效率較低，特別是當(dāng)需要處理大量樣本時，難以滿足快速檢測的需求。并且，傳統(tǒng)方法通常需要大量樣本和試劑進(jìn)行處理，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和成本增加?，F(xiàn)有的自動化流式細(xì)胞樣本處理和染色設(shè)備通常價格昂貴，且需要較高的維護(hù)成本，不適用于中小型實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場使用。

3、綜上，現(xiàn)有細(xì)胞分析儀器缺乏自動在線的樣品前處理裝置，仍存在無法進(jìn)行連續(xù)樣品分析、樣本和試劑消耗量大、設(shè)備成本高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的人工操作復(fù)雜、處理效率低、樣本和試劑消耗量大、結(jié)果重復(fù)性差和設(shè)備成本高等問題，本發(fā)明提供一種用于牛奶體細(xì)胞分析的自動樣本處理芯片和系統(tǒng)，以達(dá)到連續(xù)自動地對不同的牛奶樣本進(jìn)行快速細(xì)胞染色和準(zhǔn)確定量，滿足大批量樣本的快速準(zhǔn)確檢測需求，顯著提高檢測效率的目的。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一、一種用于牛奶體細(xì)胞分析的自動樣本處理芯片

4、所述自動樣本處理芯片包括過濾通道、混合通道、定量通道、樣品溶液入口孔、熒光染料入口孔和檢測液出口孔。所述過濾通道用于過濾樣品溶液，得到過濾后樣品溶液。所述混合通道用于對過濾后樣品溶液進(jìn)行染色，得到染色后樣品溶液。所述定量通道用于定量輸出檢測所需體積的染色后樣品溶液，所述定量通道的定量容積與檢測所需體積相對應(yīng)。所述樣品溶液入口孔用于注入樣品溶液，所述熒光染料入口孔用于注入熒光染料，所述檢測液出口孔用于染色后樣品溶液。

5、所述過濾通道、混合通道和定量通道均平行于第一方向，并且沿與第一方向垂直的第二方向依次間隔排布于同一平面內(nèi)，該平面與自動樣本處理芯片的表面平行。

6、具體地，所述樣品溶液入口孔設(shè)置于所述過濾通道的入口處。所述過濾通道的出口與所述熒光染料入口孔之間的微通道中點(diǎn)處與混合通道入口通過一段直微通道相連，即過濾通道的出口、熒光染料入口孔和所述混合通道的入口之間通過一個t形微通道連通。t形微通道位于第二方向上的兩個入口分別與所述過濾通道的出口、熒光染料入口孔連接，t形微通道位于第一方向上的一個出口與混合通道的入口連接。

7、所述過濾通道的入口與樣品溶液入口孔連通，所述過濾通道的出口和所述熒光染料入口孔的匯合處與所述混合通道的入口連通，所述混合通道的出口與所述定量通道的入口連通，所述定量通道的出口與所述檢測液出口孔連通。

8、所述自動樣本處理芯片包括若干磁閥。所述磁閥主要由磁性水凝膠、磁閥腔室、磁鐵、磁閥出口和磁閥入口組成。所述磁閥腔室的水平截面呈圓形，兩側(cè)分別與磁閥出口、磁閥入口連通，所述磁閥腔室內(nèi)布置有磁性水凝膠，當(dāng)所述磁性水凝膠貼附于所述磁閥腔室的出口側(cè)/入口側(cè)內(nèi)壁時，所述磁性水凝膠堵住磁閥出口/磁閥入口，所述磁閥關(guān)閉，當(dāng)所述磁性水凝膠位于所述磁閥腔室的中央且不接觸所述磁閥腔室的側(cè)壁時，所述磁閥導(dǎo)通。

9、所述磁性水凝膠與磁鐵磁性相吸且同步移動，所述磁鐵布置于所述自動樣本處理芯片的底部并且與外部驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出端連接，所述磁鐵由外部驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，并且能夠在磁閥內(nèi)液體流動方向上往復(fù)移動，所述磁鐵通過磁性連接帶動所述磁性水凝膠在所述磁閥腔室內(nèi)活動。

10、所述自動樣本處理芯片還包括清洗液出口孔、清洗液入口孔和第一磁閥。所述過濾通道包括沿第一方向依次設(shè)置的入口段、過濾段和出口段，所述樣品溶液從所述樣品溶液入口孔進(jìn)入過濾通道后，沿第一方向依次流經(jīng)入口段、過濾段和出口段。

11、所述樣品溶液入口孔位于所述過濾通道的入口處，所述清洗液出口孔布置于所述入口段的遠(yuǎn)離所述混合通道一側(cè)，所述入口段與清洗液出口孔通過一段沿第二方向布置的微通道連通，所述清洗液出口孔與所述入口段之間的微通道上布置有第一磁閥。

12、所述過濾通道的出口沿第二方向延伸，所述過濾通道的出口、熒光染料入口孔和所述混合通道的入口之間通過一段水平截面呈t形的t形微通道連通。具體而言，t形微通道位于第二方向上的兩個入口分別與所述過濾通道的出口、熒光染料入口孔連接，t形微通道位于第一方向上的一個出口與混合通道的入口連接。所述出口段的遠(yuǎn)離所述混合通道的一側(cè)布置有清洗液入口孔。

13、優(yōu)選地，所述熒光染料入口孔至所述t形微通道的t型接頭的體積與所述過濾通道的出口處至所述t形微通道的t型接頭的體積相等。

14、所述過濾段內(nèi)間隔布置有多組不同尺寸的實(shí)心圓柱陣列，各組實(shí)心圓柱陣列的尺寸沿所述樣品溶液的流向從大到小依次設(shè)置，各組實(shí)心圓柱陣列分別由不同數(shù)量、不同直徑的實(shí)心圓柱按照不同的間距排布而成，每個實(shí)心圓柱的高度均與所述過濾通道的高度相同，并且每個實(shí)心圓柱的兩端分別與所述過濾通道的頂部內(nèi)壁、底部內(nèi)壁連接。其中，所述實(shí)心圓柱陣列的尺寸包括實(shí)心圓柱的直徑以及相鄰實(shí)心圓柱之間的間隔。

15、所述混合通道內(nèi)設(shè)置有被動式微混合器，所述被動式微混合器主要由四組混合單元串聯(lián)而成，每組混合單元包括兩個尾對尾連接的非對稱半球形混合結(jié)構(gòu)，每個非對稱半球形混合結(jié)構(gòu)包含三對串聯(lián)的半球形障礙物，每對半球形障礙物中，兩個半球形障礙物具有不同的半徑并且沿混合通道的周向間隔布置。優(yōu)選地，每對半球形障礙物圓心連接成的直線與通道截面平行。所述混合通道內(nèi)的流向與所述過濾通道相反。

16、所述定量通道主要由蛇形微通道構(gòu)成，所述蛇形微通道的平直段與所述過濾通道以及混合通道平行布置，所述定量通道的入口還與鞘液入口孔連通，所述定量通道的出口還與廢液出口孔連通；所述鞘液入口孔、混合通道的出口、所述檢測液出口孔和所述廢液出口孔沿所述染色和定量后樣品溶液的流向依次設(shè)置，所述鞘液入口孔與所述定量通道的入口之間設(shè)置有第二磁閥，所述廢液出口孔與所述定量通道的出口之間設(shè)置有第三磁閥。

17、具體地，所述定量通道的入口通過弧形微通道與所述混合通道的出口連接，所述定量通道的入口與所述弧形微通道匯合后，沿第一方向延伸至所述鞘液入口孔，所述第二磁閥設(shè)置于所述定量通道的入口與所述弧形微通道的匯合處至所述鞘液入口孔之間；所述廢液出口孔和所述檢測液出口孔均布置于所述定量通道的遠(yuǎn)離所述混合通道的一側(cè)，所述定量通道的出口沿第二方向延伸至所述檢測液出口孔處，所述定量通道的出口到所述定量通道的入口之間的容積對應(yīng)所述定量通道的定量體積；所述定量通道的出口通過l形通道連接至所述廢液出口孔，所述第三磁閥設(shè)置于所述l形通道上。

18、二、一種用于牛奶體細(xì)胞分析的自動樣本處理系統(tǒng)

19、所述自動樣本處理系統(tǒng)包括所述自動樣本處理芯片、第一蠕動泵、第二蠕動泵、第三蠕動泵、第四蠕動泵、兩位三通閥、熒光染料儲液池、清洗液儲液池、鞘液儲液池、廢液收集池、清洗液收集池和樣品管。所述熒光染料儲液池內(nèi)存儲有熒光染料，并且通過第三蠕動泵與所述自動樣本處理芯片上的熒光染料入口孔連通；所述清洗液儲液池內(nèi)存儲有清洗液，并且通過第二蠕動泵與所述自動樣本處理芯片上的清洗液入口孔連通；所述第四蠕動泵的入口、出口分別與所述自動樣本處理芯片上的檢測液出口孔、外部細(xì)胞分析儀器的樣品檢測池連通；所述鞘液儲液池內(nèi)存儲有鞘液，并且與所述自動樣本處理芯片上的鞘液入口孔連通；所述廢液收集池內(nèi)存儲有定量通道排出的廢液，并且與所述自動樣本處理芯片上的廢液出口孔連通；所述清洗液收集池內(nèi)存儲有清洗過濾通道后的廢液，并且與所述自動樣本處理芯片上的清洗液出口孔連通；所述樣品管內(nèi)存儲樣品溶液，所述樣品管通過兩位三通閥與第一蠕動泵連接后，再與所述自動樣本處理芯片上的樣品溶液入口孔連通；所述兩位三通閥具有三個閥口，所述兩位三通閥的第一閥口、第二閥口、第三閥口分別與樣品管、第一蠕動泵、通大氣管連通，所述兩位三通閥用于導(dǎo)通樣品管和第一蠕動泵或者導(dǎo)通第一蠕動泵和通大氣管。

20、所述自動樣本處理系統(tǒng)還包括三個推桿電機(jī)、微控制器和上位機(jī)。所述微控制器與所述上位機(jī)電連接并且由所述上位機(jī)控制。每個推桿電機(jī)均與微控制器電連接且由微控制器控制，三個推桿電機(jī)分別為第一推桿電機(jī)、第二推桿電機(jī)和第三推桿電機(jī)，第一推桿電機(jī)、第二推桿電機(jī)、第三推桿電機(jī)分別與第一磁閥、第二磁閥、第三磁閥中的磁鐵連接。

21、所述微控制器還通過電連接分別控制第一蠕動泵、第二蠕動泵、第三蠕動泵、第四蠕動泵和兩位三通閥。

22、三、一種用于牛奶體細(xì)胞分析的自動樣本處理方法

23、所述自動樣本處理方法包括使用上位機(jī)向所述微控制器發(fā)送上樣指令，所述微控制器依次執(zhí)行以下步驟：

24、s1)控制兩位三通閥導(dǎo)通樣品管和第一蠕動泵，通過第一蠕動泵將樣品管內(nèi)的樣品溶液泵送至所述過濾通道，使樣品溶液充滿所述過濾通道；

25、s2)使用微控制器控制所述第一磁閥和第二磁閥關(guān)閉、第三磁閥導(dǎo)通，使用第一蠕動泵、第三蠕動泵分別將過濾后樣品溶液、熒光染料按照等體積比同時泵送至所述混合通道中，混合通道將染色后樣品溶液輸送至定量通道中，定量通道中的染色后樣品溶液從廢液出口孔流入廢液收集池，延時3~10s直至廢液出口孔處的流速穩(wěn)定；使用微控制器控制兩位三通閥導(dǎo)通第一蠕動泵和通大氣管，使得自動樣本處理芯片內(nèi)部的流道通過通大氣管與大氣連通；

26、s3)使用微控制器控制所述第一磁閥關(guān)閉、第二磁閥導(dǎo)通、第三磁閥關(guān)閉，使用第四蠕動泵將檢測所需體積的染色后樣品溶液從定量通道經(jīng)檢測液出口孔流入外部細(xì)胞分析儀器的樣品檢測池中，同時鞘液儲液池內(nèi)存儲的鞘液經(jīng)第二磁閥流入定量通道內(nèi)以沖洗定量通道中殘留的樣本細(xì)胞；

27、s4)使用微控制器控制所述第一磁閥和第二磁閥關(guān)閉、第三磁閥導(dǎo)通，使用第一蠕動泵將所述自動樣本處理芯片的內(nèi)部流道內(nèi)的液體從廢液出口孔排出廢液收集池。

28、所述自動樣本處理方法還包括使用上位機(jī)向所述微控制器發(fā)送上樣指令，所述微控制器依次執(zhí)行以下步驟：

29、s5)使用微控制器控制所述第一磁閥關(guān)閉、第二磁閥關(guān)閉、第三磁閥導(dǎo)通，使用第二蠕動泵從清洗液儲液池內(nèi)抽取清洗液并泵送至混合通道和定量通道中，清洗液從廢液出口孔流入廢液收集池；

30、s6)使用微控制器控制所述第一磁閥關(guān)閉、第二磁閥導(dǎo)通、第三磁閥關(guān)閉，使用第四蠕動泵從所述鞘液儲液池內(nèi)抽取鞘液并泵送至定量通道中，鞘液從檢測液出口孔流入外部細(xì)胞分析儀器的樣品檢測池中，進(jìn)而清洗定量通道以及樣品檢測池；

31、s7)使用微控制器控制所述第一磁閥導(dǎo)通、第二磁閥和第三磁閥關(guān)閉，使用第二蠕動泵從清洗液儲液池內(nèi)抽取清洗液并泵送至過濾通道，清洗液反向沖洗過濾通道內(nèi)部截留的雜質(zhì)或細(xì)胞團(tuán)后從清洗液出口孔流入清洗液收集池；

32、s8)使用微控制器控制所述第一磁閥關(guān)閉、第二磁閥導(dǎo)通、第三磁閥關(guān)閉，控制兩位三通閥導(dǎo)通第一蠕動泵和通大氣管，反向驅(qū)動第一蠕動泵，鞘液儲液池內(nèi)的鞘液依次流經(jīng)混合通道、過濾通道后，流入通大氣管中，隨后導(dǎo)通第一磁閥并關(guān)閉第二磁閥，正向驅(qū)動第一蠕動泵，使得通大氣管中的鞘液從清洗液出口孔流入清洗液收集池；

33、s9)重復(fù)步驟s8)若干次，以清洗過濾通道的進(jìn)樣段；

34、s10)使用微控制器控制所述第一磁閥導(dǎo)通、第二磁閥關(guān)閉、第三磁閥導(dǎo)通，控制兩位三通閥導(dǎo)通第一蠕動泵和通大氣管，正向驅(qū)動第一蠕動泵，將所述自動樣本處理芯片的內(nèi)部流道內(nèi)的液體分別從廢液出口孔、清洗液出口孔流出；

35、s11)使用微控制器控制所述第一磁閥、第二磁閥和第三磁閥關(guān)閉，等速驅(qū)動第一蠕動泵和第四蠕動泵，使得所述自動樣本處理芯片的內(nèi)部流道內(nèi)的液體被全部排出；

36、s12)所述微控制器向所述上位機(jī)發(fā)送清洗完成信號。

37、本發(fā)明的有益效果是：

38、1、本發(fā)明提供的自動樣本處理芯片具有成本較低、體積較小、易于清洗等優(yōu)點(diǎn)，極大減少了樣本和試劑的需求量和檢測成本。

39、2、本發(fā)明提供的自動樣本處理芯片具有主動式的磁控微閥結(jié)構(gòu)，利用性質(zhì)柔軟的磁性水凝膠實(shí)現(xiàn)了微流控芯片中復(fù)雜的流體控制；還具有被動式微混合器，被動式微混合器內(nèi)設(shè)置有交錯非對稱擴(kuò)張收縮結(jié)構(gòu)，能夠快速有效的執(zhí)行微流體混合任務(wù)，提高樣本染色效率；還集成有樣本定量通道，并利用鞘液沖洗定量通道中殘留的樣本，有效提高了定量檢測的準(zhǔn)確度。

40、3、本發(fā)明提供的自動樣本處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)樣本的連續(xù)自動進(jìn)樣，顯著提高了樣本處理速度，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的細(xì)胞監(jiān)測，廣泛應(yīng)用于多種細(xì)胞分析儀器的在線樣本處理和連續(xù)進(jìn)樣，特別適用于高通量分析。