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      一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片的制作方法

      文檔序號:457638閱讀:194來源:國知局
      一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片的制作方法
      【專利摘要】一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,由蓋片層和粘合于其下的載片組成;在蓋片層內(nèi)設(shè)有微通道,微通道包括使細(xì)胞在豎直方向上富集的彎曲通道、和彎曲通道連通的使細(xì)胞在水平方向富集的對稱尖角結(jié)構(gòu)通道、和對稱尖角結(jié)構(gòu)通道連通的光學(xué)檢測區(qū)、以及和光學(xué)檢測區(qū)連通的排液區(qū),還包括和彎曲通道入口連通的細(xì)胞樣本液加液區(qū)和緩沖液加液區(qū),細(xì)胞樣本液加液區(qū)連通于彎曲通道的內(nèi)壁,緩沖液加液區(qū)連通于彎曲通道的外壁;對稱尖角結(jié)構(gòu)通道由多個(gè)相間分布的擴(kuò)張段和對稱尖角結(jié)構(gòu)組成;緩沖液加液區(qū)和細(xì)胞樣本液加液區(qū)的入口以及排液區(qū)為在蓋片層上開設(shè)的通孔,微通道為在蓋片層上開設(shè)的盲道,底部和載片表面相通;本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡易、體積小、便于推廣等特點(diǎn)。
      【專利說明】—種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片,具體涉及一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片。
      【背景技術(shù)】
      [0002]在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷中,流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀被廣泛使用,并發(fā)揮了十分重要的作用。近年來,它成為臨床診斷方面的一種主要方法,例如,cd4+t淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)儀被廣泛應(yīng)用于血液中的HIV病毒的檢測與診斷。當(dāng)人體免疫缺陷病毒(HIV)進(jìn)入人體后,會特異地攻擊CD4+T淋巴細(xì)胞并進(jìn)行自身復(fù)制,引起血液中CD4+T淋巴細(xì)胞功能的降低和數(shù)量的減少。淋巴細(xì)胞作為機(jī)體免疫應(yīng)答功能的重要組成,被HIV病毒破壞后,將導(dǎo)致宿主免疫功能的不斷削弱,從而在Hiv病毒潛伏2~8年后因機(jī)會性感染而發(fā)病。ra4+T淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)儀通過對血液中的CD4+T淋巴細(xì)胞進(jìn)行檢測,從而為HIV疾病進(jìn)展情況和高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療臨床療效進(jìn)行有效評估,為HI V疾病的診斷與治療提供重要參考。此外,流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀還被用于常規(guī)的血液檢查。血液的主要功能中如物質(zhì)運(yùn)輸和機(jī)體防御等都是由血液中的血細(xì)胞完成的。血液的運(yùn)輸功能主要靠紅細(xì)胞完成,如從肺吸入的氧氣及消化道吸收的營養(yǎng)物質(zhì)都依靠血液運(yùn)輸才能到達(dá)全身各組織,同時(shí)組織代謝產(chǎn)生的二氧化碳與其他廢物也依賴血液運(yùn)輸?shù)椒巍⒛I等處排泄,從而保持身體正常代謝的進(jìn)行。血液對機(jī)體的防御功能表現(xiàn)為免疫和止血等。如血液中的白細(xì)胞可以殺死進(jìn)入機(jī)體的病原體和自身異常細(xì)胞,從而發(fā)揮機(jī)體免疫能力;血小板在止血過程中起著重要作用,正常生理情況下,血小板有著相對穩(wěn)定的數(shù)量。當(dāng)血液中的血小板含量發(fā)生變化時(shí),人體的血液止血和凝血功能將出現(xiàn)異常,嚴(yán)重時(shí)會危及病人的生命安全。通過檢測血液中血小板的含量,對正確評估人體血液止血和凝血功能有著重要的意義。檢測結(jié)果同時(shí)可以作為患者是否需要進(jìn)行血小板輸注的參考指標(biāo)。因而使用流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀對血液中血細(xì)胞等進(jìn)行檢測,便可以反映出人體的健康狀況,從而為醫(yī)療保健和疾病預(yù)防提供重要的參考依據(jù)。在流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀中,待檢測細(xì)胞需要被三維地富集于檢測區(qū)域的中心,而后穿過激光檢測區(qū)域,進(jìn)而可以得到待檢細(xì)胞的類型、數(shù)量、大小等諸多信息。流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀中的一個(gè)重要的細(xì)胞富集部分是共軸環(huán)形流道,通過周向剪切流體的作用將待測細(xì)胞三維地富集在通道中心并緊密地排列成一束,從而避免了待測細(xì)胞在激光檢測區(qū)的漏檢。然而,傳統(tǒng)的流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀中細(xì)胞的三維富集具有以下缺點(diǎn):1)需要昂貴的輔助儀器,從而導(dǎo)致流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀整體成本升高,極大地限制了其在生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷等領(lǐng)域中的應(yīng)用;2)共軸環(huán)形流道及輔助儀器體積大,造成傳統(tǒng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀不便于攜帶,因而不能被方便地應(yīng)用于現(xiàn)場急救、家庭醫(yī)療及個(gè)人保健等方面,對商品化的市場推廣帶來困難;3)細(xì)胞三維富集結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝繁瑣,維修與保養(yǎng)費(fèi)用較高,增加了后期使用的成本。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明的目的在于提供一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其能夠作為血液檢測的預(yù)處理手段,取代傳統(tǒng)流動血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)胞富集器件,并可與光學(xué)檢測手段相結(jié)合,對血液樣本進(jìn)行精確地檢測,具有成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡單,操作容易等特點(diǎn),為公共醫(yī)療健康和生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域提供便利。
      [0004]為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
      [0005]一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,所述微流控芯片由蓋片層8和粘合于蓋片層8下的載片7組成;在所述蓋片層8內(nèi)設(shè)有微通道,所述微通道包括使細(xì)胞在豎直方向上富集的彎曲通道3、和彎曲通道3連通的使細(xì)胞在水平方向富集的對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4、和對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4連通的光學(xué)檢測區(qū)5、以及和光學(xué)檢測區(qū)5連通的排液區(qū)6,還包括和彎曲通道3入口連通的細(xì)胞樣本液加液區(qū)2和緩沖液加液區(qū)I,所述細(xì)胞樣本液加液區(qū)2連通于彎曲通道3的內(nèi)壁,所述緩沖液加液區(qū)I連通于彎曲通道3的外壁;所述對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4由多個(gè)相間分布的擴(kuò)張段和對稱尖角結(jié)構(gòu)組成;所述緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6為在蓋片層8上開設(shè)的通孔,所述微通道為在蓋片層8上開設(shè)的盲道,底部和載片7表面相通。
      [0006]所述彎曲通道3為1/4圓弧,其寬度為100 μ m,平均半徑為250 μ m。
      [0007]所述對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4由30組對稱尖角結(jié)構(gòu)和擴(kuò)張段組成。
      [0008]所述對稱尖角結(jié)構(gòu)的尖角為45度,對稱尖角入口覽度為40 u m,所述擴(kuò)張段的覽度為300 μ m,長度為200 μ m。
      [0009]所述蓋片層8和載片7通過等離子不可逆處理粘合在一起。
      [0010]所述緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6均為圓柱形孔。
      [0011]所述緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6的直徑均為10mnin`[0012]所述微通道各處深度為78 μ m。
      [0013]所述蓋片層8的材料為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚二甲基硅氧烷PDMS。
      [0014]所述載片7的材料為玻璃或硅。
      [0015]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比較,具有如下優(yōu)點(diǎn):
      [0016]I)體積小,便于攜帶,可以方便地應(yīng)用于現(xiàn)場急救、家庭醫(yī)療及個(gè)人保健等方面。
      [0017]2)成本低,價(jià)格低廉,與其他傳統(tǒng)及主動式的微流體細(xì)胞三維富集技術(shù)相比,本發(fā)明無需昂貴的輔助設(shè)備,因而加工制作過程簡單方便,對商品化的市場推廣帶來便利。
      [0018]3)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單,操作容易,與其他的被動式微流體三維富集技術(shù)相比,無需對較多的緩沖液進(jìn)行精確的流量控制,因而操作容易簡單,操作人員無需專業(yè)培訓(xùn)。
      [0019]4)可擴(kuò)展性高,由于采用了微流控芯片的形式,本發(fā)明可以與樣品后處理技術(shù)集成,促進(jìn)分析系統(tǒng)的集成化和自動化。如與光學(xué)檢測手段相結(jié)合,便可以對細(xì)胞等目標(biāo)物進(jìn)行精確的檢測,從而在基因表達(dá)檢測、基因篩選、藥物篩選、疾病診斷治療、環(huán)境檢測和治理、司法鑒定等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0020]圖1為本發(fā)明微流控芯片的俯視圖。
      [0021 ] 圖2為圖1沿A-A向的剖視圖。
      [0022]圖3為本發(fā)明微流控芯片中的微通道三維示意圖。
      [0023]圖4為本發(fā)明結(jié)合光學(xué)檢測手段的集成示意圖。【具體實(shí)施方式】
      [0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
      [0025]如圖1至圖3所示,本發(fā)明一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,該微流控芯片由標(biāo)準(zhǔn)軟光刻技術(shù)加工,由蓋片層8和粘合于蓋片層8下的載片7組成;在蓋片層8內(nèi)設(shè)有微通道,微通道包括使細(xì)胞在豎直方向上富集的彎曲通道3、和彎曲通道3連通的使細(xì)胞在水平方向富集的對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4、和對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4連通的光學(xué)檢測區(qū)5、以及和光學(xué)檢測區(qū)5連通的排液區(qū)6,還包括和彎曲通道3入口連通的細(xì)胞樣本液加液區(qū)2和緩沖液加液區(qū)I,細(xì)胞樣本液加液區(qū)2連通于彎曲通道3的內(nèi)壁,緩沖液加液區(qū)I連通于彎曲通道3的外壁;對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4由多個(gè)相間分布的擴(kuò)張段和對稱尖角結(jié)構(gòu)組成;緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6為在蓋片層8上開設(shè)的通孔,微通道為在蓋片層8上開設(shè)的盲道,底部和載片7表面相通。
      [0026]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述彎曲通道3為1/4圓弧。進(jìn)一步的,所述彎曲通道3寬度為100 μ m,平均半徑為250 μ m。
      [0027]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4由30組對稱尖角結(jié)構(gòu)和擴(kuò)張段組成。進(jìn)一步的,所述對稱尖角結(jié)構(gòu)的尖角為45度,對稱尖角入口寬度為40 μ m,所述擴(kuò)張段的寬度為300 μ m,長度為200 μ m。
      [0028]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述蓋片層8和載片7通過等離子不可逆處理粘合
      在一起。
      [0029]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6均為圓柱形孔。 進(jìn)一步的,所述緩沖液加液區(qū)I和細(xì)胞樣本液加液區(qū)2的入口以及排液區(qū)6的直徑均為10mm。
      [0030]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述蓋片層8的材料為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚二甲基硅氧烷PDMS。
      [0031]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,所述載片7的材料為玻璃或娃。
      [0032]本發(fā)明的工作原理為:含有細(xì)胞的樣本液以一定的流量由細(xì)胞樣本液加液區(qū)2進(jìn)入彎曲通道3的內(nèi)側(cè),緩沖液以一定的流量通過緩沖液加液區(qū)I進(jìn)入彎曲通道3的外側(cè)。細(xì)胞樣本液與緩沖液流經(jīng)彎曲通道3時(shí),由于流體的慣性作用,流體質(zhì)點(diǎn)會向彎曲通道3的外壁面一側(cè)運(yùn)動,同時(shí)微通道上下壁面對其附近流體具有限制影響,從而在彎曲通道3的截面上形成一定的壓力梯度。在壓力梯度的作用下,通道中心的流體向彎曲通道3的外壁面一側(cè)運(yùn)動,而通道上下壁面附近的流體則像向彎曲通道3的內(nèi)壁面一側(cè)運(yùn)動,從而在彎曲通道3垂直于流動方向的截面上形成兩個(gè)對稱反向的迪安渦,在迪安渦強(qiáng)烈拖曳作用下,位于彎曲通道3內(nèi)側(cè)的細(xì)胞樣本液便被從內(nèi)壁面一側(cè)經(jīng)由通道中心處向外壁面一側(cè)拉伸,在彎曲通道3的出口,細(xì)胞樣本液便分布于通道截面在豎直方向上的中心位置,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在豎直方向上的富集。而后,已經(jīng)在豎直方向上被富集的細(xì)胞樣本液,流過具有對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4,受到由對稱尖角結(jié)構(gòu)引發(fā)的方向由兩側(cè)指向通道中心的慣性離心力,向通道中心發(fā)生一定的位移。由于累積效應(yīng),經(jīng)過一系列的對稱尖角結(jié)構(gòu)后,細(xì)胞樣本液將在水平方向上完全地移動到通道中心,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在水平方向上的富集。結(jié)合彎曲微通道3和對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4,最終實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三維富集。被三維富集的細(xì)胞由對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4出口進(jìn)入光學(xué)檢測區(qū)5,在光學(xué)檢測區(qū)5實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的準(zhǔn)確檢測,最后由排液口 6排出。
      [0033]如圖4所示,下面以HIV病毒檢測中的ra4+T淋巴細(xì)胞三維富集為例來說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】:
      [0034]a.從病人體內(nèi)抽取血液樣本,并進(jìn)行必要的預(yù)處理;
      [0035]b.將已處理過含有ra4+T淋巴細(xì)胞的血液樣本在注射泵等驅(qū)動設(shè)備的驅(qū)動下以一定的流量大小通過細(xì)胞樣本液加液區(qū)2入口注入本發(fā)明的微流控芯片中,同時(shí)緩沖液以一定的流量注入緩沖液加液區(qū)I入口;
      [0036]c.彎曲通道3中的迪安渦將含有ra4+T淋巴細(xì)胞的血液樣本向彎曲通道外壁面一側(cè)拉伸,從而實(shí)現(xiàn)血液中的cd4+t淋巴細(xì)胞在豎直方向上的富集;
      [0037]d.豎直方向上被富集后的ra4+T淋巴細(xì)胞進(jìn)入對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4,受到尖角引發(fā)的方向指向微通道中心的慣性離心力,從而實(shí)現(xiàn)血液中的cd4+t淋巴細(xì)胞在水平方向上的富集;在對稱尖角結(jié)構(gòu)通道4的出口,⑶4+T淋巴細(xì)胞被三維地富集于通道的中心位置;
      [0038]e.被三維富集的ra4+T淋巴細(xì)胞而后進(jìn)入光學(xué)檢測區(qū)5,結(jié)合一定的光學(xué)檢測手段完成對ra4+T淋巴細(xì)胞的檢測,也可以集成其他的檢測芯片對三維富集的cd4+t淋巴細(xì)胞進(jìn)行檢測;
      [0039]f.被檢測后的血液樣本由排液口 6排出,進(jìn)行必要的后處理,對血液樣本中可能含有的HIV病毒滅活,保證安全。
      【權(quán)利要求】
      1.一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:由蓋片層(8)和粘合于蓋片層(8 )下的載片(7 )組成;在所述蓋片層(8 )內(nèi)設(shè)有微通道,所述微通道包括使細(xì)胞在豎直方向上富集的彎曲通道(3)、和彎曲通道(3)連通的使細(xì)胞在水平方向富集的對稱尖角結(jié)構(gòu)通道(4)、和對稱尖角結(jié)構(gòu)通道(4)連通的光學(xué)檢測區(qū)(5)、以及和光學(xué)檢測區(qū)(5)連通的排液區(qū)(6),還包括和彎曲通道(3)入口連通的細(xì)胞樣本液加液區(qū)(2)和緩沖液加液區(qū)(1),所述細(xì)胞樣本液加液區(qū)(2)連通于彎曲通道(3)的內(nèi)壁,所述緩沖液加液區(qū)(I)連通于彎曲通道(3)的外壁;所述對稱尖角結(jié)構(gòu)通道(4)由多個(gè)相間分布的擴(kuò)張段和對稱尖角結(jié)構(gòu)組成;所述緩沖液加液區(qū)(I)和細(xì)胞樣本液加液區(qū)(2)的入口以及排液區(qū)(6)為在蓋片層(8)上開設(shè)的通孔,所述微通道為在蓋片層(8)上開設(shè)的盲道,底部和載片(7)表面相通。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述彎曲通道(3)為1/4圓弧,其寬度為100 μ m,平均半徑為250 μ m。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述對稱尖角結(jié)構(gòu)通道(4)由30組對稱尖角結(jié)構(gòu)和擴(kuò)張段組成。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述對稱尖角結(jié)構(gòu)的尖角為45度,對稱尖角入口寬度為40 μ m,所述擴(kuò)張段的寬度為300 μ m,長度為 200 μ m。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述蓋片層(8)和載片(7)通過等離子不可逆處理粘合在一起。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述緩沖液加液區(qū)(I)和細(xì)胞樣本液加液區(qū)(2)的入口以及排液區(qū)(6)均為圓柱形孔。
      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述緩沖液加液區(qū)(I)和細(xì)胞樣本液加液區(qū)(2)的入口以及排液區(qū)(6)的直徑均為10mm。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述微通道各處深度為78 μ m。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述蓋片層(8)的材料為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚二甲基硅氧烷PDMS。
      10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于細(xì)胞三維富集的微流控芯片,其特征在于:所述載片(7)的材料為玻璃或硅。
      【文檔編號】C12M1/00GK103614283SQ201310597726
      【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
      【發(fā)明者】趙亮, 范亮亮, 賈麗敏, 者江 申請人:西安交通大學(xué)
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