血液細胞快速分選裝置及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及血液細胞檢測【技術領域】，提供了一種血液細胞快速分選裝置，包括微流控芯片，所述微流控芯片包括一供血液流通的管道，所述管道的中線與流體方向平行；在所述微流控芯片中設有微柱陣列，所述微柱陣列以所述管道的中線為中心軸呈角度對稱排列。本發明還提供了一種血液細胞快速分選裝置的制造方法。本發明通過在微流控芯片中設計對稱的微柱陣列，該微柱陣列能夠基于確定性側移原理分離不同大小的粒子，篩選出尺寸較大的細胞，例如能夠將比普通血細胞尺寸大的循環腫瘤細胞或者循環內皮細胞富集分離，且檢測速度快，操作簡單，成本低。
【專利說明】血液細胞快速分選裝置及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及血液細胞檢測【技術領域】，特別是涉及一種血液細胞快速分選裝置及其制造方法。
【背景技術】
[0002]循環腫瘤細胞是從腫瘤原發病灶或轉移病灶進入外周血的腫瘤細胞，檢測循環腫瘤細胞對癌癥防治有重要意義，可有效地應用于體外早期診斷、化療藥物的快速評估、個體化治療等。傳統的腫瘤診斷方法包括血清腫瘤標志物、影像學和組織病理學，血清腫瘤標志物檢測法的優點是可為影像學診斷提供參考數據、費用低廉和適用于大眾篩查，缺點是沒有高度特異性的標志物，常出現假陽性和假陰性結果；影像學檢查的優點是使腫瘤可視化，缺點是對患者有放射損傷、可檢測腫瘤的最小直徑為2~3_，腫瘤大小與腫瘤的惡性程度不一致；組織病理學檢測的優點是有利于確診，缺點是有創性檢查、不能用于檢測和對于轉移的信息不完全。相比以上傳統方法，循環腫瘤細胞檢測法的優點是非浸入性、敏感性高、好的轉移指標、化療和放療效果的快速評估、預后評估、檢測復發、費用低和適用于大眾篩查，因此循環腫瘤細胞檢測法在臨床腫瘤防治領域具有廣闊的應用前景。
[0003]循環腫瘤細胞在外周血中所占比例很小，每毫升血液中含有I~10個循環腫瘤細胞，占血細胞總數的1/109，因此檢測循環腫瘤細胞是非常困難的。目前唯一商品化的產品是美國Immunicon公司開發的CellSearch循環腫瘤細胞檢測與分析系統,該系統能夠運用免疫納米磁顆粒技術對細胞進行捕獲分析，但該方法的缺點是操作復雜，需要多步完成，常出現假陽性和假陰性的結果。
[0004]微流控芯片技術是20世紀90年代發展起來的，由于具有樣品試劑消耗量少、分析檢測靈敏度高、高通量及高效率等優點，當前已經有研究利用微流控芯片技術檢測循環腫瘤細胞，檢測的原理主要分為兩類:一是利用循環腫瘤細胞比血細胞大的特點，將其從血液中篩選出來；二是利用抗原抗體`的特異性作用，通過在芯片表面接枝抗體捕獲循環腫瘤細胞。這些研究目前還處于實驗室研究階段，其優點是試劑消耗量少、成本低、高通量高效率，其雖然能夠用來篩選檢測循環腫瘤細胞，但檢測速度慢，每小時的血液檢測量在毫升級別，達不到臨床需求，阻礙了其在臨床檢測領域的應用。

【發明內容】

[0005]本發明針對現有技術的上述缺陷，提供一種檢測速度快的血液細胞快速分選裝置。本發明采用如下技術方案:
[0006]一種血液細胞快速分選裝置，包括微流控芯片，所述微流控芯片包括一供血液流通的管道，所述管道的中線與流體方向平行；在所述微流控芯片中設有微柱陣列，所述微柱陣列以所述管道的中線為中心軸呈角度對稱排列。
[0007]優選地，所述微柱之間的間距為10~500微米。
[0008]優選地，所述微柱之間的間距為20~30微米。[0009]優選地，所述微柱之間的間距為25微米。
[0010]優選地,所述角度為O~90度。
[0011]優選地，所述角度為2.5~3.2度。
[0012]優選地,所述角度為3度。
[0013]優選地，所述微柱的截面形狀為圓形或多邊形，所述圓的外徑或多邊形的外切圓直徑為10~500微米。
[0014]優選地，所述圓的外徑或多邊形的外切圓直徑為40微米。
[0015]優選地，所述管道的高度為10~500微米。
[0016]優選地，所述管道的高度為40微米。
[0017]優選地，在所述微流控芯片上設有至少一個入口和至少兩個出口，所述入口連接所述管道的一端，所述出口連接所述管道的另一端。
[0018]優選地，所述細胞為循環腫瘤細胞或循環內皮細胞。
[0019]本發明還提供了一種血液細胞快速分選裝置的制造方法，所述方法包括如下步驟:
[0020]在硅片表面利用光刻法制備含有如上所述的血液細胞快速分選裝置中的微柱陣列的光刻膠圖案；
`[0021]在所述圖案表面澆筑聚二甲基硅氧烷，在60~100°C條件下烘烤15分鐘~2小時；
[0022]將所述聚二甲基硅氧烷從硅片表面揭下，將揭下的聚二甲基硅氧烷與一玻璃片經過等離子體處理后化學結合，形成所述血液細胞快速分選裝置。
[0023]本發明通過在微流控芯片中設計對稱的微柱陣列，該微柱陣列能夠基于確定性側移原理(Deterministic lateral displacement)分離不同大小的粒子，篩選出尺寸較大的細胞，例如能夠將比普通血細胞尺寸大的循環腫瘤細胞或者循環內皮細胞富集分離，檢測速度快，操作簡單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例1 一種血液細胞快速分選裝置的結構示意圖；
[0025]圖2為圖1中I處局部放大圖；
[0026]圖3為圖1中II處局部放大圖；
[0027]圖4為本發明實施例2 —種血液細胞快速分選裝置的局部結構示意圖；
[0028]圖5為循環腫瘤細胞分離效果與速度關系曲線圖；
[0029]圖6為分離前溶液放大圖；
[0030]圖7為分離后溶液放大圖。
[0031]附圖標記:
[0032]1-微流控芯片； 11-管道；
[0033]12-微柱；13-入口；
[0034]14-出口；14a-第一出口 ；
[0035]14b-第二出口； 14c-第三出口；
[0036]2-循環腫瘤細胞；3-白細胞；[0037]4-紅細胞；A-流體方向；
[0038]B-循環腫瘤細胞側移方向。
【具體實施方式】
[0039]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0040]實施例1:
[0041]如圖1所示，為本發明實施例1 一種血液細胞快速分選裝置的結構示意圖，圖2為圖1中I處局部放大圖；圖3為圖1中II處局部放大圖。圖2、圖3中，2為循環腫瘤細胞，3為白細胞，4為紅細胞。本實施例提供了一種血液細胞快速分選裝置,用于檢測血液中的循環腫瘤細胞2， 為本發明一優選實施例，該裝置包括微流控芯片1，微流控芯片I包括一供血液流通的管道11，管道11的中線與流體方向A平行；在微流控芯片I中設有微柱12陣列，微柱12陣列以管道11的中線為中心軸呈角度對稱排列。本實施例的微柱12陣列對循環腫瘤細胞2具有確定性側移作用(確定性側移原理是指:由于流體力學的原理，以一定方向排列的微柱陣列使管道中的超過臨界尺寸的粒子趨向于微柱陣列的方向流動，最終被匯聚到陣列的一邊)，能夠分離富集血液中的循環腫瘤細胞2，循環腫瘤細胞2在微柱12陣列中的運動方向(即循環腫瘤細胞側移方向B)與微柱12的排列方向一致。在微流控芯片I上設有至少一個入口 13和至少兩個出口 14，入口 13連接管道11的一端，出口 14連接管道11的另一端，本實施例中，設有3個出口 14，分別是第一出口 14a、第二出口 14b和第三出口14c，其中第二出口 14b位于管道11的中線上，含有循環腫瘤細胞2的分離后的血液即從此出口流出。
[0042]本實施例中，微柱12的截面形狀為圓形，圓的外徑為40微米，微柱12之間的間距為25微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為3度，管道11的高度為40微米。
[0043]本實施例利用確定性側移原理，在微流控芯片I中通過微柱12陣列分離篩選出相比血細胞(包括白細胞3和紅細胞4)尺寸較大的循環腫瘤細胞2，可達到每分鐘毫升級別的血液檢測量，顯著提高了循環腫瘤細胞2檢測技術在醫學臨床應用方面的可行性。本實施例不需要多步操作，能連續進樣、一步操作，操作簡單，檢測速度快，且由于芯片尺寸小和不使用抗體，檢測成本低，能為外周血檢測循環腫瘤細胞2提供有效的技術手段。
[0044]實施例2:
[0045]如圖4所示，為本發明實施例2 —種血液細胞快速分選裝置的局部結構示意圖。本實施例為本發明一優選實施例，其中，微柱12的截面形狀為三角形，其外切圓直徑為40微米，微柱12之間的間距為20微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為3.2度，管道11的高度為40微米。
[0046]其他結構同實施例1，在此不再詳述。
[0047]實施例3:
[0048]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置，為本發明一優選實施例，其中，微柱12的截面形狀為矩形，其外切圓直徑為40微米，微柱12之間的間距為30微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為2.5度，管道11的高度為40微米。
[0049]其他結構同實施例1，在此不再詳述。
[0050]實施例4:
[0051]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置，其中，微柱12的截面形狀為正方形，其外切圓直徑為80微米，微柱12之間的間距為10微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為O度，管道11的高度為100微米。
[0052]其他結構同實施例1，在此不再詳述。
[0053]實施例5:[0054]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置，其中，微柱12的截面形狀為梯形，其外切圓直徑為500微米，微柱12之間的間距為500微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為15度，管道11的高度為10微米。
[0055]其他結構同實施例1，在此不再詳述。
[0056]實施例6:
[0057]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置，其中，微柱12的截面形狀為菱形，其外切圓直徑為10微米，微柱12之間的間距為60微米，微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度為20度，管道11的高度為500微米。
[0058]以上所述為本發明的血液細胞快速分選裝置的6個實施例。當然，本發明的保護范圍并不限于上述實施例，微柱之間的間距可以為10~500微米，或者20~30微米；微柱12陣列的排列與管道11的中線所呈角度可以為O~90度，或者2.5~3.2度；微柱的截面形狀可以為圓形或多邊形，圓的外徑或者多邊形的外切圓直徑可以為10~500微米；管道的高度可以為10~500微米；細胞可以為循環腫瘤細胞或循環內皮細胞，或者其他需要篩選的尺寸較大的細胞。
[0059]實施例7:
[0060]本實施例提供了一種血液細胞快速分選裝置的制造方法，為本發明一優選實施例，該方法包括如下步驟:
[0061]步驟S1:在娃片表面利用光刻法制備含有實施例1~6中任一項所述的血液細胞快速分選裝置中的微柱陣列的光刻膠圖案。
[0062]其中，光刻膠可以是正型光刻膠或者負型光刻膠，優選為負型光刻膠，例如Su-8系列。微柱陣列對循環腫瘤細胞具有確定性側移作用。
[0063]步驟S2:在圖案表面燒筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS),在80°C條件下烘烤I小時。
[0064]步驟S3:將所述聚二甲基硅氧烷從硅片表面揭下，將揭下的聚二甲基硅氧烷與一玻璃片經過等離子體處理后化學結合，形成所述血液細胞快速分選裝置。
[0065]其中，形成的血液細胞快速分選裝置具有微小的管道，供待測血液流過。
[0066]實施例8:
[0067]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置的制造方法，其中，在圖案表面澆筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)后，在60°C條件下烘烤2小時。
[0068]其他步驟同實施例7，在此不再詳述。
[0069]實施例9:[0070]本實施例也提供了一種血液細胞快速分選裝置的制造方法，其中，在圖案表面澆筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)后，在IOCTC條件下烘烤15分鐘。
[0071]其他步驟同實施例7，在此不再詳述。
[0072]以上所述為本發明的血液細胞快速分選裝置的制造方法的3個實施例。當然，本發明的保護范圍并不限于上述實施例，在圖案表面澆筑聚二甲基硅氧烷后，在60~100°C條件下烘烤15分鐘~2小時均可，其中在60°C時烘烤大于I小時、80°C時烘烤大于半個小時、100°C時烘烤大于15分鐘即可。實施例7~9提供的方法可用于制造實施例1~6的血液細胞快速分選裝置。
[0073]實駘:
[0074]如圖5~圖7所示，圖中白色代表熒光染色后的乳腺癌腫瘤細胞，通過實驗，將乳腺癌腫瘤細胞加入到磷酸鹽緩沖溶液或者正常人血液中模擬癌癥病人的血液，檢測結果顯示:超過95%的腫瘤細胞都被富集分離，分離后的腫瘤細胞濃度較分離前提高了 50倍，檢測速度達到2毫升每分鐘。雖然隨著流速增加，分離效率有微量下降，但均接近100%。
[0075]本發明實施例提供的血液細胞快速分選裝置不但可以用來分離循環腫瘤細胞，還可以用來分離血液中的循環內皮細胞，以評估心血管疾病的風險。
[0076]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替`換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種血液細胞快速分選裝置，包括微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括一供血液流通的管道，所述管道的中線與流體方向平行；在所述微流控芯片中設有微柱陣列，所述微柱陣列以所述管道的中線為中心軸呈角度對稱排列。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微柱之間的間距為10~500微米。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述微柱之間的間距為20~30微米。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述微柱之間的間距為25微米。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述角度為O~90度。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述角度為2.5~3.2度。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述角度為3度。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微柱的截面形狀為圓形或多邊形，所述圓的外徑或多邊形的外切圓直徑為10~500微米。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述圓的外徑或多邊形的外切圓直徑為40微米。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述管道的高度為10~500微米。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述管道的高度為40微米。
12.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述微流控芯片上設有至少一個入口和至少兩個出口，所述入口連接所述管道的一端，所述出口連接所述管道的另一端。
13.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述細胞為循環腫瘤細胞或循環內皮細胞。
14.一種血液細胞快速分選裝置的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 在娃片表面利用光刻法制備含有如權利要求1~9任一項所述的血液細胞快速分選裝置中的微柱陣列的光刻膠圖案； 在所述圖案表面澆筑聚二甲基硅氧烷，在60~100°C條件下烘烤15分鐘~2小時；將所述聚二甲基硅氧烷從硅片表面揭下，將揭下的聚二甲基硅氧烷與一玻璃片經過等離子體處理后化學結合，形成所述血液細胞快速分選裝置。
【文檔編號】C12M1/34GK103834558SQ201210475444
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】劉宗彬, 陳艷 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院