本发明专利技术提供了一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，包括依次连接的进口单元、第一级磁激活分选单元、第二级磁激活分选单元和出口单元；所述第一级磁激活分选单元包括第一微流道、第二微流道和第一级磁体，所述第一微流道设置在第二微流道与第一级磁体之间；所述第二级磁激活分选单元包括第三微流道、第四微流道和第二级磁体，所述第三微流道设置在第四微流道与第二级磁体之间。与现有技术相比，本发明专利技术具有集成化高、操作简单、细胞回收率高、细胞分选纯度高和制作工艺简单的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，适用于细胞分离捕获和培养分析、临床试验、医疗诊断等领域，尤其是在从细胞混合液中分离出特定细胞的细胞分离、分选和操控领域。
技术介绍
从古至今，人类经受各种疾病的威胁。现今，艾滋病、癌症和糖尿病等严重威胁着人类的健康。据研究表明，对高纯度的细胞群或特定细胞进行单细胞分析研究对研究和攻克艾滋病、癌症和糖尿病等重大疾病具有非常重要的贡献。为此，提供一种具有高纯度细胞回收且方便快捷的细胞分选方法和芯片将在很大程度上可促进细胞生物学的发展。因此，从多种细胞悬浮液中分离一种或多种细胞的技术，对药物效果评估、癌细胞转移、术后判断和细胞刺激反应研究都具有重要意义。自从微流控芯片出现以来，基于其微结构在细胞分选领域有着特有的优势，通过融合微流控技术，细胞分离技术有了长足的发展。据检索现有文献可知，依照细胞分离作用力产生原理不同，可将细胞分选技术分为光学力分选技术、电学力分选技术、磁学力分选技术、声波学力分选技术和机械力分选技术。自A.Ashkin等在Science,1987,235(4795):1517-1520中利用光镊技术用于操控病毒、细菌以来，K.C.Kim等在Analytical Chemistry,2008,80(7):2628-2630中利用光镊完成了细胞分选。现今，也有大量产品化的光镊系统如ElliotE3500和Tweez200si等，可以实现细胞分离和多点捕获等操作。但是光镊系统也存在着细胞损伤、设备复杂、安装精度要求高、价格昂贵、需要专业人员操作等缺点。在实验室环境下，电学力细胞分选技术已经能够实现小规模的单个目标细胞的分离和捕获功能。M.Bocchi等利用电学力分选技术在Biosensors&Bioelectronics,2009,24(5):1177-1183中完成了单细胞和微颗粒聚集体的分离工作，但是其分选纯度和细胞回收率都有待提高。意大利的Silicon Biosystems公司基于此原理研发的DEPArrayTM系统可获得100％纯度的单个或单一种类的细胞。但由于该设备价格昂贵且用于细胞纯化提取的微流控芯片为一次性耗材，导致每次细胞提取回收的成本极高，现阶段全球仅有几所大学和研究机构能够支付如此昂贵的费用(国内还未见报道)。而且，现阶段的电学力分选技术存在着设备复杂、昂贵和细胞潜在的损伤可能性。尽管磁学力细胞分选技术较光学力细胞分选技术和电学力细胞分选技术起步晚，但由于其特有的优势，近年来发展迅速，在单细胞操控技术上已成为了研究的热点之一。K.Hyun等Biosensors&Bioelectronics,2015,67:86-92在设计了一种用于循环肿瘤细胞选择性分离的两级微流控芯片。第一级利用磁铁阵列产生磁场梯度将经过磁标记的白细胞吸附于微流道壁上，但是这种吸附方式吸附的白细胞存在吸附不稳定和吸附面积有限的问题，无法保证细胞捕获稳定性和无法用于大量细胞分离的情况；第二级将特定抗体修饰与微流道壁上，利用抗原抗体反应的方式将细胞吸附在微流道中，这也存在吸附面积有限的问题，无法用于大量细胞分离，而且抗原抗体结合需要一定的时间，这也无法确保此类细胞被完全捕获；最终，未被捕获与微流控芯片的细胞从细胞回收出口回收。因此，此细胞分离芯片对循环肿瘤细胞分离率仅为10.19％-22.91％，且存在纯度不高的问题。另外，J.Shi等在Lab Chip,2009，9(23):3354-3359中利用声波学力分选技术实现了微粒在微流道中连续分选的工作，但分选效率大约为80％，依旧存在分选效率低的问题，同时声波具有潜在细胞损伤的可能性。Y.Anis等在Biomedical microdevice,2011,13(4):651-659中提出了一种利用机械吸力原理分离细胞的单细胞分离仪，该系统利用六轴机械对准系统将毛细管对准目标细胞，然后启动皮升泵将目标细胞吸入细胞回收腔，实现单个细胞分离。系统存在对准系统复杂、难于对准和通量低的缺点。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，为一种集成化高、制造工艺简单、细胞回收率高、细胞回收纯度高和通量大的多重磁激活分选结构微流控芯片。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，包括依次连接的进口单元、第一级磁激活分选单元、第二级磁激活分选单元和出口单元；所述第一级磁激活分选单元包括第一微流道、第二微流道和第一级磁体，所述第一微流道设置在第二微流道与第一级磁体之间；所述第二级磁激活分选单元包括第三微流道、第四微流道和第二级磁体，所述第三微流道设置在第四微流道与第二级磁体之间。优选地，所述第一微流道和第二微流道均与进口单元连通；所述第三微流道和第四微流道的一端均分别与第一微流道和第二微流道连通，另一端均与出口单元连通。优选地，所述进口单元包括细胞悬浮液进口和缓冲液进口，所述出口单元包括细胞回收出口和废液出口。优选地，所述括细胞悬浮液进口、缓冲液进口、细胞回收出口和废液出口均各自为圆形、方形或六边形。优选地，所述第一级磁体下方设置有软磁性局部磁场增强结构。优选地，所述软磁性局部磁场增强结构靠近第一微流道的一侧设置有齿状结构。更优选地，所述齿状结构包括锯齿状结构或梳状结构。优选地，所述软磁性局部磁场增强结构由镍或镍合金制备。更优选地，所述镍合金为铁镍合金。优选地，所述软磁性局部磁场增强结构在局部的磁感应强度增强倍数为10～100倍。本专利技术在第一级磁体下方增加了一软磁性局部磁场增强结构，该结构的作用是利用软磁性材料的高磁导率的特性，使得大部分磁力线从软磁性局部磁增强结构中通过，达到局部磁场增强的作用；且该结构的一端设置齿状或梳齿结构，将磁场线进一步的聚集，从而形成很高的磁场梯度。优选地，所述第一级磁体与第二级磁体并排设置，间距大于10mm。避免两磁体的磁场相互影响改变分离区域的磁场梯度分布。优选地，所述第一级磁体与第一微流道、第二级磁体与第三微流道的间距均为3-5mm，确保磁场强度达到要求。优选地，所述第一微流道与第二微流道的宽度比为11:25，第三微流道与第四微流道的宽度比为1:1。确保液体在微流道中压力平衡。如果微流道过宽或窄会导致压力不均衡，液体在分流时，无法达到预期的分流比，甚至影响细胞分选的效果。例如第一微流道过宽，会导致绝大部分的缓冲液分流到第一微流道，而第二微流道由于尺寸小流阻大，只有很少的一部分缓冲液流过，这将导致第二级磁激活流入的缓冲液过少，无法保证细胞分选纯度；若第一微流道过窄，会导致只有少部分或者没有缓冲液流入第一微流道，甚至有可能会有一部分细胞悬浮液流入第二微流道，直接影响细胞分选纯度。优选地，所述第一级磁体与第二级磁体各自为永磁体或电磁体。优选地，第一级磁体与第二级磁体各自为长方体或正方体。优选地，所述第一级磁体表面的磁感应强度为0.5～1特斯拉、第二级磁体表面的磁感应强度为0.3～0.8特斯拉；所述第一级体表面的磁感应强度大于第二级磁体表面的磁感应强度。采用本专利技术的微流控芯片分离细胞，经免疫磁标记的混合细胞悬浮液和缓冲液分别从不同进口注入；在混合细胞本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，其特征在于，包括依次连接的进口单元、第一级磁激活分选单元、第二级磁激活分选单元和出口单元；所述第一级磁激活分选单元包括第一微流道、第二微流道和第一级磁体，所述第一微流道设置在第二微流道与第一级磁体之间；所述第二级磁激活分选单元包括第三微流道、第四微流道和第二级磁体，所述第三微流道设置在第四微流道与第二级磁体之间。
【技术特征摘要】
1.一种具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，其特征在于，包括依次连接的进口单元、第一级磁激活分选单元、第二级磁激活分选单元和出口单元；所述第一级磁激活分选单元包括第一微流道、第二微流道和第一级磁体，所述第一微流道设置在第二微流道与第一级磁体之间；所述第二级磁激活分选单元包括第三微流道、第四微流道和第二级磁体，所述第三微流道设置在第四微流道与第二级磁体之间。2.如权利要求1所述的具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，其特征在于，所述第一微流道和第二微流道均与进口单元连通；所述第三微流道和第四微流道的一端均分别与第一微流道和第二微流道连通，另一端均与出口单元连通。3.如权利要求1所述的具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，其特征在于，所述进口单元包括细胞悬浮液进口和缓冲液进口，所述出口单元包括细胞回收出口和废液出口。4.如权利要求1所述的具有高纯度细胞回收的多重磁激活分选结构微流控芯片，其特征在于，所述第一级磁体下方设置有软磁性局部磁场增强结构。5.如权利要求4所述的具有高纯度细胞回收的多重磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈迪，林树靖，郅晓，仇三铭，韦黔，崔大祥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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