血液细胞快速分选装置及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及血液细胞检测【技术领域】，提供了一种血液细胞快速分选装置，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，所述管道的中线与流体方向平行；在所述微流控芯片中设有微柱阵列，所述微柱阵列以所述管道的中线为中心轴呈角度对称排列。本发明还提供了一种血液细胞快速分选装置的制造方法。本发明通过在微流控芯片中设计对称的微柱阵列，该微柱阵列能够基于确定性侧移原理分离不同大小的粒子，筛选出尺寸较大的细胞，例如能够将比普通血细胞尺寸大的循环肿瘤细胞或者循环内皮细胞富集分离，且检测速度快，操作简单，成本低。
【专利说明】血液细胞快速分选装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及血液细胞检测【技术领域】，特别是涉及一种血液细胞快速分选装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]循环肿瘤细胞是从肿瘤原发病灶或转移病灶进入外周血的肿瘤细胞，检测循环肿瘤细胞对癌症防治有重要意义，可有效地应用于体外早期诊断、化疗药物的快速评估、个体化治疗等。传统的肿瘤诊断方法包括血清肿瘤标志物、影像学和组织病理学，血清肿瘤标志物检测法的优点是可为影像学诊断提供参考数据、费用低廉和适用于大众筛查，缺点是没有高度特异性的标志物，常出现假阳性和假阴性结果；影像学检查的优点是使肿瘤可视化，缺点是对患者有放射损伤、可检测肿瘤的最小直径为2~3_，肿瘤大小与肿瘤的恶性程度不一致；组织病理学检测的优点是有利于确诊，缺点是有创性检查、不能用于检测和对于转移的信息不完全。相比以上传统方法，循环肿瘤细胞检测法的优点是非浸入性、敏感性高、好的转移指标、化疗和放疗效果的快速评估、预后评估、检测复发、费用低和适用于大众筛查，因此循环肿瘤细胞检测法在临床肿瘤防治领域具有广阔的应用前景。
[0003]循环肿瘤细胞在外周血中所占比例很小，每毫升血液中含有I~10个循环肿瘤细胞，占血细胞总数的1/109，因此检测循环肿瘤细胞是非常困难的。目前唯一商品化的产品是美国Immunicon公司开发的CellSearch循环肿瘤细胞检测与分析系统,该系统能够运用免疫纳米磁颗粒技术对细胞进行捕获分析，但该方法的缺点是操作复杂，需要多步完成，常出现假阳性和假阴性的结果。
[0004]微流控芯片技术是20世纪90年代发展起来的，由于具有样品试剂消耗量少、分析检测灵敏度高、高通量及高效率等优点，当前已经有研究利用微流控芯片技术检测循环肿瘤细胞，检测的原理主要分为两类:一是利用循环肿瘤细胞比血细胞大的特点，将其从血液中筛选出来；二是利用抗原抗体`的特异性作用，通过在芯片表面接枝抗体捕获循环肿瘤细胞。这些研究目前还处于实验室研究阶段，其优点是试剂消耗量少、成本低、高通量高效率，其虽然能够用来筛选检测循环肿瘤细胞，但检测速度慢，每小时的血液检测量在毫升级别，达不到临床需求，阻碍了其在临床检测领域的应用。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种检测速度快的血液细胞快速分选装置。本发明采用如下技术方案:
[0006]一种血液细胞快速分选装置，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，所述管道的中线与流体方向平行；在所述微流控芯片中设有微柱阵列，所述微柱阵列以所述管道的中线为中心轴呈角度对称排列。
[0007]优选地，所述微柱之间的间距为10~500微米。
[0008]优选地，所述微柱之间的间距为20~30微米。[0009]优选地，所述微柱之间的间距为25微米。
[0010]优选地,所述角度为O~90度。
[0011]优选地，所述角度为2.5~3.2度。
[0012]优选地,所述角度为3度。
[0013]优选地，所述微柱的截面形状为圆形或多边形，所述圆的外径或多边形的外切圆直径为10~500微米。
[0014]优选地，所述圆的外径或多边形的外切圆直径为40微米。
[0015]优选地，所述管道的高度为10~500微米。
[0016]优选地，所述管道的高度为40微米。
[0017]优选地，在所述微流控芯片上设有至少一个入口和至少两个出口，所述入口连接所述管道的一端，所述出口连接所述管道的另一端。
[0018]优选地，所述细胞为循环肿瘤细胞或循环内皮细胞。
[0019]本发明还提供了一种血液细胞快速分选装置的制造方法，所述方法包括如下步骤:
[0020]在硅片表面利用光刻法制备含有如上所述的血液细胞快速分选装置中的微柱阵列的光刻胶图案；
`[0021]在所述图案表面浇筑聚二甲基硅氧烷，在60~100°C条件下烘烤15分钟~2小时；
[0022]将所述聚二甲基硅氧烷从硅片表面揭下，将揭下的聚二甲基硅氧烷与一玻璃片经过等离子体处理后化学结合，形成所述血液细胞快速分选装置。
[0023]本发明通过在微流控芯片中设计对称的微柱阵列，该微柱阵列能够基于确定性侧移原理(Deterministic lateral displacement)分离不同大小的粒子，筛选出尺寸较大的细胞，例如能够将比普通血细胞尺寸大的循环肿瘤细胞或者循环内皮细胞富集分离，检测速度快，操作简单，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例1 一种血液细胞快速分选装置的结构示意图；
[0025]图2为图1中I处局部放大图；
[0026]图3为图1中II处局部放大图；
[0027]图4为本发明实施例2 —种血液细胞快速分选装置的局部结构示意图；
[0028]图5为循环肿瘤细胞分离效果与速度关系曲线图；
[0029]图6为分离前溶液放大图；
[0030]图7为分离后溶液放大图。
[0031]附图标记:
[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-循环肿瘤细胞；3-白细胞；[0037]4-红细胞；A-流体方向；
[0038]B-循环肿瘤细胞侧移方向。
【具体实施方式】
[0039]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040]实施例1:
[0041]如图1所示，为本发明实施例1 一种血液细胞快速分选装置的结构示意图，图2为图1中I处局部放大图；图3为图1中II处局部放大图。图2、图3中，2为循环肿瘤细胞，3为白细胞，4为红细胞。本实施例提供了一种血液细胞快速分选装置,用于检测血液中的循环肿瘤细胞2， 为本发明一优选实施例，该装置包括微流控芯片1，微流控芯片I包括一供血液流通的管道11，管道11的中线与流体方向A平行；在微流控芯片I中设有微柱12阵列，微柱12阵列以管道11的中线为中心轴呈角度对称排列。本实施例的微柱12阵列对循环肿瘤细胞2具有确定性侧移作用(确定性侧移原理是指:由于流体力学的原理，以一定方向排列的微柱阵列使管道中的超过临界尺寸的粒子趋向于微柱阵列的方向流动，最终被汇聚到阵列的一边)，能够分离富集血液中的循环肿瘤细胞2，循环肿瘤细胞2在微柱12阵列中的运动方向(即循环肿瘤细胞侧移方向B)与微柱12的排列方向一致。在微流控芯片I上设有至少一个入口 13和至少两个出口 14，入口 13连接管道11的一端，出口 14连接管道11的另一端，本实施例中，设有3个出口 14，分别是第一出口 14a、第二出口 14b和第三出口14c，其中第二出口 14b位于管道11的中线上，含有循环肿瘤细胞2的分离后的血液即从此出口流出。
[0042]本实施例中，微柱12的截面形状为圆形，圆的外径为40微米，微柱12之间的间距为25微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为3度，管道11的高度为40微米。
[0043]本实施例利用确定性侧移原理，在微流控芯片I中通过微柱12阵列分离筛选出相比血细胞(包括白细胞3和红细胞4)尺寸较大的循环肿瘤细胞2，可达到每分钟毫升级别的血液检测量，显著提高了循环肿瘤细胞2检测技术在医学临床应用方面的可行性。本实施例不需要多步操作，能连续进样、一步操作，操作简单，检测速度快，且由于芯片尺寸小和不使用抗体，检测成本低，能为外周血检测循环肿瘤细胞2提供有效的技术手段。
[0044]实施例2:
[0045]如图4所示，为本发明实施例2 —种血液细胞快速分选装置的局部结构示意图。本实施例为本发明一优选实施例，其中，微柱12的截面形状为三角形，其外切圆直径为40微米，微柱12之间的间距为20微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为3.2度，管道11的高度为40微米。
[0046]其他结构同实施例1，在此不再详述。
[0047]实施例3:
[0048]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置，为本发明一优选实施例，其中，微柱12的截面形状为矩形，其外切圆直径为40微米，微柱12之间的间距为30微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为2.5度，管道11的高度为40微米。
[0049]其他结构同实施例1，在此不再详述。
[0050]实施例4:
[0051]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置，其中，微柱12的截面形状为正方形，其外切圆直径为80微米，微柱12之间的间距为10微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为O度，管道11的高度为100微米。
[0052]其他结构同实施例1，在此不再详述。
[0053]实施例5:[0054]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置，其中，微柱12的截面形状为梯形，其外切圆直径为500微米，微柱12之间的间距为500微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为15度，管道11的高度为10微米。
[0055]其他结构同实施例1，在此不再详述。
[0056]实施例6:
[0057]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置，其中，微柱12的截面形状为菱形，其外切圆直径为10微米，微柱12之间的间距为60微米，微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度为20度，管道11的高度为500微米。
[0058]以上所述为本发明的血液细胞快速分选装置的6个实施例。当然，本发明的保护范围并不限于上述实施例，微柱之间的间距可以为10~500微米，或者20~30微米；微柱12阵列的排列与管道11的中线所呈角度可以为O~90度，或者2.5~3.2度；微柱的截面形状可以为圆形或多边形，圆的外径或者多边形的外切圆直径可以为10~500微米；管道的高度可以为10~500微米；细胞可以为循环肿瘤细胞或循环内皮细胞，或者其他需要筛选的尺寸较大的细胞。
[0059]实施例7:
[0060]本实施例提供了一种血液细胞快速分选装置的制造方法，为本发明一优选实施例，该方法包括如下步骤:
[0061]步骤S1:在娃片表面利用光刻法制备含有实施例1~6中任一项所述的血液细胞快速分选装置中的微柱阵列的光刻胶图案。
[0062]其中，光刻胶可以是正型光刻胶或者负型光刻胶，优选为负型光刻胶，例如Su-8系列。微柱阵列对循环肿瘤细胞具有确定性侧移作用。
[0063]步骤S2:在图案表面烧筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS),在80°C条件下烘烤I小时。
[0064]步骤S3:将所述聚二甲基硅氧烷从硅片表面揭下，将揭下的聚二甲基硅氧烷与一玻璃片经过等离子体处理后化学结合，形成所述血液细胞快速分选装置。
[0065]其中，形成的血液细胞快速分选装置具有微小的管道，供待测血液流过。
[0066]实施例8:
[0067]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置的制造方法，其中，在图案表面浇筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)后，在60°C条件下烘烤2小时。
[0068]其他步骤同实施例7，在此不再详述。
[0069]实施例9:[0070]本实施例也提供了一种血液细胞快速分选装置的制造方法，其中，在图案表面浇筑聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)后，在IOCTC条件下烘烤15分钟。
[0071]其他步骤同实施例7，在此不再详述。
[0072]以上所述为本发明的血液细胞快速分选装置的制造方法的3个实施例。当然，本发明的保护范围并不限于上述实施例，在图案表面浇筑聚二甲基硅氧烷后，在60~100°C条件下烘烤15分钟~2小时均可，其中在60°C时烘烤大于I小时、80°C时烘烤大于半个小时、100°C时烘烤大于15分钟即可。实施例7~9提供的方法可用于制造实施例1~6的血液细胞快速分选装置。
[0073]实骀:
[0074]如图5~图7所示，图中白色代表荧光染色后的乳腺癌肿瘤细胞，通过实验，将乳腺癌肿瘤细胞加入到磷酸盐缓冲溶液或者正常人血液中模拟癌症病人的血液，检测结果显示:超过95%的肿瘤细胞都被富集分离，分离后的肿瘤细胞浓度较分离前提高了 50倍，检测速度达到2毫升每分钟。虽然随着流速增加，分离效率有微量下降，但均接近100%。
[0075]本发明实施例提供的血液细胞快速分选装置不但可以用来分离循环肿瘤细胞，还可以用来分离血液中的循环内皮细胞，以评估心血管疾病的风险。
[0076]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替`换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种血液细胞快速分选装置，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，所述管道的中线与流体方向平行；在所述微流控芯片中设有微柱阵列，所述微柱阵列以所述管道的中线为中心轴呈角度对称排列。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微柱之间的间距为10~500微米。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微柱之间的间距为20~30微米。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微柱之间的间距为25微米。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度为O~90度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述角度为2.5~3.2度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述角度为3度。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微柱的截面形状为圆形或多边形，所述圆的外径或多边形的外切圆直径为10~500微米。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述圆的外径或多边形的外切圆直径为40微米。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道的高度为10~500微米。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述管道的高度为40微米。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述微流控芯片上设有至少一个入口和至少两个出口，所述入口连接所述管道的一端，所述出口连接所述管道的另一端。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述细胞为循环肿瘤细胞或循环内皮细胞。
14.一种血液细胞快速分选装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 在娃片表面利用光刻法制备含有如权利要求1~9任一项所述的血液细胞快速分选装置中的微柱阵列的光刻胶图案； 在所述图案表面浇筑聚二甲基硅氧烷，在60~100°C条件下烘烤15分钟~2小时；将所述聚二甲基硅氧烷从硅片表面揭下，将揭下的聚二甲基硅氧烷与一玻璃片经过等离子体处理后化学结合，形成所述血液细胞快速分选装置。
【文档编号】C12M1/34GK103834558SQ201210475444
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年11月21日
【发明者】刘宗彬, 陈艳 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院