一种稀有细胞多级分选微流控器件制造技术

本发明专利技术提供的一种稀有细胞多级分选微流控器件，包括键合封装的流道结构和电极基底；所述流道结构包括螺旋流道、二级流道、下分支流道、上分岔流道、下分岔流道，所述螺旋流道一端为样品入口、另一端通过缩扩结构分别与二级流道、下分支流道连接，所述二级流道分别与上分岔流道和下分岔流道连接，所述上分岔流道和下分支流道与血细胞出口连接，所述下分岔流道与稀有细胞出口连接；所述电极基底包括基底本体和两组电极组；所述电极组位于二级流道底部。该器件成本低、操作简单、易集成微型化，能够实现对稀有癌细胞的高通量、高纯度分选。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的一种稀有细胞多级分选微流控器件，包括键合封装的流道结构和电极基底；所述流道结构包括螺旋流道、二级流道、下分支流道、上分岔流道、下分岔流道，所述螺旋流道一端为样品入口、另一端通过缩扩结构分别与二级流道、下分支流道连接，所述二级流道分别与上分岔流道和下分岔流道连接，所述上分岔流道和下分支流道与血细胞出口连接，所述下分岔流道与稀有细胞出口连接；所述电极基底包括基底本体和两组电极组；所述电极组位于二级流道底部。该器件成本低、操作简单、易集成微型化，能够实现对稀有癌细胞的高通量、高纯度分选。【专利说明】一种稀有细胞多级分选微流控器件
本专利技术属于分析检测设备领域，涉及一种稀有细胞粒子多级分选微流控器件，特别涉及一种整合微流体惯性效应及介电泳技术的高通量、高纯度稀有细胞粒子多级分选微流控器件。
技术介绍
细胞的精确检测在疾病的预防、诊断、治疗及细胞生物学研究等生物医学应用方面具有十分重要的意义。但通常在临床上，研究的对象是一个非齐性总体，其中包含了大量的细胞信息，使得检测其中的稀有细胞将变得十分困难；例如，检测进入循环血液中的稀有癌细胞，其对人体正常血细胞的个数比例约为1:1O9,即在ImL血液中仅有数个稀有癌细胞，因此检测非常困难。微流控技术作为一种高效流体或粒子操控的新方法，可实现样品制备、反应、聚焦、分选及检测等功能，是生物医学、分析化学等多学科领域的重要研究内容。目前，采用微流控的细胞分选一般基于单一技术，按其机理可简要概括为以下几类:第一类是基于复杂微结构的操控技术；第二类是基于流体的被动方法，如采用惯性流、挤压流、水力分选、场流分离等操控技术；第三类是采用重力及沉降方法进行分选的操控技术；第四类是采用仿生物学方法的操控技术；第五类是依据水液两相性的分选技术；第六类是借助磁、声、光、电等外场的分选技术。上述各方法虽均已取得了一定的研究成效，但应用于稀有细胞分选仍存在各自的不足:如薄膜分选、挤压流分选、水力分选、场流分选、重力及沉降分选、水液两相性分选、磁分选、光电分选都存在操作通量过低的问题，从而限制其进一步商业应用；而柱状阵列分选、惯性流分选、水力分选、水液两相性分选等方法存在分选纯度不高的问题。此外，上述分选方法还存在一些其他的缺陷，如薄膜分选、声分选易对细胞活性造成损伤；挤压流分选只在两种粒子尺寸相差较大的时候才能取得较好的分选效果；磁、声、光、电分选由于引入了耗能外场而致使设备昂贵、操作复杂。为克服单级分选的不足，近年来出现了一些多级分选的研究，这些研究的思路是将一级操作作为二级分选的预处理，以优化二级分选的效果；或是采用二级精分选，对一级粗分选的结果进行进一步提纯。然而，现有多级分选研究仍是基于单一的技术，仅仅是将单一分选技术的简单组合，增加了操作工序及成本，很难同时满足对稀有细胞分选的高通量、高纯度的要求。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种整合微流体惯性效应及介电泳技术的高通量、高纯度稀有细胞粒子多级分选微流控器件，实现稀有细胞/粒子的高通量、高纯度分选。技术方案:本专利技术提供的一种稀有细胞多级分选微流控器件，包括键合封装的流道结构和电极基底；所述流道结构包括螺旋流道、二级流道、下分支流道、上分岔流道、下分岔流道，所述螺旋流道一端为样品入口、另一端通过缩扩结构分别与二级流道、下分支流道连接，所述二级流道分别与上分岔流道和下分岔流道连接，所述上分岔流道和下分支流道与血细胞出口连接，所述下分岔流道与稀有细胞出口连接；所述电极基底包括基底本体和两组电极组；所述电极组位于二级流道底部。作为改进，所述电极组为斜插齿形，呈镜像布置；通过设置两组镜像布置的斜插齿形电极组，前一电极组施加低频负介电泳信号，将所有细胞偏转至靠近流道壁的一侧；后一组施加高频负介电泳信号，将稀有细胞粒子沿着电极方向偏转，而血细胞仍沿着主流动方向移动，从而使稀有细胞粒子和血细胞有效分离。作为另一种改进，所述螺旋流道的垂直截面为矩形或外侧高、内侧低的梯形；当螺旋流道的垂直截面为矩形时，其深宽比在I以下，优选0.1-1 ;螺旋流道截面为低深宽比矩形，可以使较大的稀有细胞粒子与较小的血细胞粒子平衡位置相距更远，以利于分离。作为另一种改进，所述缩扩结构与螺旋流道连接端垂直截面尺寸比与二级流道、下分支流道连接端垂直截面尺寸小。所述缩扩结构上游缩聚处与螺旋流道联通，下游突扩处形成一较短的直流道，并分成两支，分别将稀有细胞粒子流导入上分支流道即介电泳流道，将血细胞粒子流导入至下分支流道。作为另一种改进，所述二级流道通过上分支流道与缩扩结构连接，上分支流道的垂直截面尺寸比下分支流道垂直截面尺寸小；下分支流道即血细胞粒子流分支宽度大于上分支流道即稀有细胞粒子流分支宽度，从而减小上分支流道分选所需处理的流体体积，进而达到降低流速的目的。作为另一种改进，所述二级流道的垂直截面为矩形，其深宽比为0.05-0.01 ;上分支流道即介电泳流道截面为超低深宽比矩形，以进一步降低流道中的流速，保证介电泳力在粒子上具有足够的响应时间。作为另一种改进，所述流道结构的材质选自聚二甲基硅氧烷、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、玻璃、硅和石英中的一种。作为另一种改进，所述电极基底由ITO玻璃刻蚀而成，或通过在玻璃或硅材料上溅射并图形化出金属电极的方法制成。有益效果:本专利技术提供的稀有细胞多级分选微流控器件成本低、操作简单、易集成微型化，通过集成惯性分选及介电泳分选两级流道，充分利用惯性分选的高通量优势及介电泳分选的高精度优势，克服了现有分选芯片只基于某种单一技术，难以同时实现高通量与高纯度分选的不足，两种方式组合互相配合协同，实现对稀有癌细胞的高通量、高纯度分选。具体而言，该器件的一级流道即螺旋流道充分利用惯性技术的高通量优势，通过弯流道中的Dean流和惯性迁移，将稀有癌细胞粒子和血细胞粒子聚焦至不同的平衡位置，并通过缩扩结构分别导入二级流道和血细胞出口，且分选后稀有癌细胞粒子流的样品体积远小于血细胞粒子流的样品体积。通过一级流道的粗分选，可以在高通量的条件下排除大部分血细胞，只使小部分含有稀有癌细胞及残余血细胞的样品进入二级流道，从而减轻介电泳分选的通量压力。二级流道通过铺设在流道底部的两组斜插齿电极，对进入其中的稀有癌细胞及残余血细胞施加负介电泳力，其中前一组电极施加低频信号，使稀有癌细胞及残余血细胞均沿电极方向偏转，在流道壁一侧处排成一条线，以优化分选效果；后一组电极施加高频信号，只使稀有癌细胞沿电极方向偏转而残余血细胞仍沿原方向流动，从而实现两者的精确分离。介电泳分选作为一种主动分选技术，具有精度高的优势。该稀有细胞多级分选微流控器件可广泛用于临床诊断、生物学研究、生化分析等领域，尤其适用于体液中稀有细胞的早期检测、细胞学水平上的化疗药物敏感性测试等方面。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术稀有细胞多级分选微流控器件的结构示意图。图2是本专利技术稀有细胞多级分选微流控器件的爆炸图。图3是流道结构的结构示意图。图4是电极基底的结构示意图。图5是螺旋流道惯性分选的原理图。图6是突扩结构处细胞粒子分选的原理图。图7是二级流道中电极组介电泳分选的原理图。【具体实施方式】下面对本专利技术专利的实施例作详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀有细胞多级分选微流控器件，其特征在于：包括键合封装的流道结构（1）和电极基底（2）；所述流道结构（1）包括螺旋流道（11）、二级流道（12）、下分支流道（13）、上分岔流道（14）、下分岔流道（15），所述螺旋流道（11）一端为样品入口（16）、另一端通过缩扩结构（17）分别与二级流道（12）、下分支流道（13）连接，所述二级流道（12）分别与上分岔流道（14）和下分岔流道（15）连接，所述上分岔流道（14）和下分支流道（15）与血细胞出口（18）连接，所述下分岔流道（15）与稀有细胞出口（19）连接；所述电极基底（2）包括基底本体（21）和两组电极组（22）；所述电极组（22）位于二级流道（12）底部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易红，倪中华，黄笛，项楠，陈科，唐文来，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：