外泌体分离用的微流控装置及全集成核酸/蛋白检测系统

本发明涉及生物医学，特别是涉及一种外泌体分离用的微流控装置及全集成核酸/蛋白检测系统。

背景技术：

1、细胞外囊泡（如外泌体）作为细胞间通信的重要媒介，其在生物体中的功能逐渐受到科研人员的关注。它们能够调节宿主-病原体的相互作用，参与传染性和炎性疾病、神经疾病和癌症等多种疾病的病理过程，同时在正常的生理过程中也发挥着介导细胞间通讯的重要功能。

2、在临床医学中，细胞外囊泡也展现出巨大的应用潜力。它们含有丰富的生物标志物，可用于监测临床状态、治疗反应和疾病进展等。此外，由于其具有递送生物分子的功能，细胞外囊泡还有望发展成临床药物递送载体。

3、超滤法是目前常见的一种外泌体分离方法，超滤过程通常在常温下进行，条件温和，无需加热，因此不会对外泌体等热敏感的生物分子造成破坏。超滤过程不涉及相变，因此能耗较低，同时无需添加化学试剂，无污染，是一种节能环保的分离技术。超滤法仅采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。但其同时也具有以下缺点：第一，过滤堵塞问题：在提取过程中，外泌体容易堵塞滤孔，导致过滤提取效率的下降，从而降低了分离效率；第二，回收困难：在洗脱过程中，附着于滤膜上的外泌体较难回收，从而造成提取损失，降低了回收率。

4、因此，急需一种外泌体分离用的微流控装置及全集成核酸检测系统来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有超滤法在分离外泌体过程中，外泌体容易堵塞滤孔，导致过滤提取效率的下降，从而降低了分离效率；而且在洗脱过程中，附着于滤膜上的外泌体较难回收，从而造成提取损失，降低了回收率的问题。

2、为此目的，在第一方面，本发明提供一种外泌体分离用的微流控装置，包括微流控芯片，所述微流控芯片包括芯片基体、设置在所述芯片基体上的分离模块、循环管路模块和排液管路，所述循环管路模块与分离模块连接用于形成循环过滤、循环清洗和洗脱模式以最终分离出外泌体，所述分离模块包括至少一个分离腔体，每个所述分离腔体内安装有一个滤膜，且每个分离腔体内滤膜的孔径尺寸不同，所述分离腔体为至少两个时，其所述分离腔体按照滤膜的孔径尺寸由大至小的顺序依次连通以形成分级过滤，所述滤膜上方的所述分离腔体内设置有在外界磁力作用下能够旋转的磁转子，且所述磁转子的旋转轴线与该滤膜孔径的中心线平行，所述排液管路与所述滤膜孔径最小的分离腔体的废液出口连通用于排出废液。

3、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述分离腔体内在进行循环过滤、循环清洗和洗脱过程中滤膜上方的流体流向均与所述滤膜的过滤方向垂直以在滤膜上方形成切向流；并且/或者

4、所述外泌体分离用的微流控装置还包括磁力搅拌驱动单元，所述磁力搅拌驱动单元位于所述芯片基体的下方，所述磁力搅拌驱动单元包括第一支座、第一驱动器、第一转盘和两个磁铁，所述第一驱动器安装在所述第一支座上，所述第一转盘转动连接在所述第一支座的顶端，所述第一驱动器驱动所述第一转盘能够旋转，所述第一转盘上设有具有两极磁性的磁铁，所述磁铁在跟随所述第一转盘旋转过程中能够形成磁场带动所述磁转子转动。

5、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述循环管路模块包括第一输送管路、第一回流管路和第一循环管路，所述第一输送管路的一端与所述分离模块的样本液进口连接以及所述第一回流管路的一端与所述分离模块的样本液出口连接以形成样本液的循环过滤，所述第一输送管路的另一端和第一回流管路的另一端延伸至所述芯片基体的外侧用于插入盛放样本液的样本管内，所述第一循环管路的一端与所述滤膜孔径最小的分离腔体的进口连通，另一端与所述滤膜孔径最小的分离腔体的出口连通用于对分离出的外泌体进行循环过滤。

6、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述第一循环管路包括第二输送管路、第二回流管路、第三回流管路和第四回流管路，所述第二输送管路的一端与所述滤膜孔径最小的分离腔体的进口连通，所述第二回流管路的一端与所述滤膜孔径最小的分离腔体的出口连通，所述第二回流管路的另一端通过第三回流管路与所述第四回流管路的一端连通，所述第四回流管路的另一端与所述第二输送管路的另一端连通，所述分离腔体的进口和出口均位于其内的滤膜的上方。

7、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述循环管路模块还包括清洗输入管路、清洗输出管路和第五回流管路，所述清洗输入管路的一端与所述第二输送管路的另一端连通，所述清洗输出管路的一端通过第五回流管路与所述第二回流管路的另一端连通，所述清洗输入管路的另一端和所述清洗输出管路的另一端均延伸至芯片基体的外侧，所述清洗输入管路、第二输送管路、第二回流管路、第五回流管路和清洗输出管路组合形成循环清洗管路；并且/或者

8、所述循环管路模块还包括洗脱输入管路和洗脱输出管路，所述洗脱输入管路的一端与所述第二输送管路的另一端连通，所述洗脱输出管路的一端通过第三回流管路与所述第二回流管路连通，所述洗脱输入管路的另一端和所述洗脱输出管路的另一端均延伸至芯片基体的外侧，所述洗脱输入管路、第二输送管路、第二回流管路、第三回流管路和洗脱输出管路形成洗脱管路。

9、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述分离模块包括两个呈上下分布的分离腔体，位于上方的所述分离腔体的其中两个相对侧壁上分别设有所述样本液进口和样本液出口用于形成切向流，所述样本液进口与所述第一输送管路的一端连通，所述样本液出口与所述第一回流管路的一端连通，位于下方的所述分离腔体的进口与所述第二输送管路的一端连通，位于下方的所述分离腔体的出口与所述第二回流管路的一端连通，位于下方的所述分离腔体的进口和出口分别设置在该分离腔体的两个相对侧壁上用于形成切向流。

10、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述芯片基体上设有安装孔，所述安装孔内固定有中间层芯片，所述安装孔的顶端固定有上层芯片，所述安装孔的底端固定有下层芯片，所述中间层芯片上设有第一通流口，所述上层芯片与所述中间层芯片之间存在空腔以形成一个分离腔体，所述中间层芯片与所述下层芯片之间存在空腔以形成另一个分离腔体，所述中间层芯片的顶端固定有一个所述滤膜，所述下层芯片的顶端固定有另一个滤膜，所述废液出口设置在所述下层芯片的侧壁上，所述下层芯片的内部设有与废液出口连通的废液腔以使经过该滤膜后产生的废液进入废液腔内。

11、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述第一回流管路中设置有一段第一软管段，所述第二输送管路中设置有一段第二软管段，所述第一软管段和第二软管段以半径不同的同圆心圆弧并列分布在所述芯片基体的底部；并且/或者

12、所述排液管路中设置有一段呈圆弧状的第三软管段并设置在芯片基体的底部；并且/或者

13、所述第四回流管路中设置有一段第六软管段，所述清洗输入管路和所述清洗输出管路中均设置有一段相互平行的第四软管段，所述洗脱输入管路和洗脱输出管路中均设置有一段相互平行的第五软管段，所述第四软管段、所述第五软管段和第六软管段均位于所述芯片基体底部的同一圆周轨迹上。

14、在上述外泌体分离用的微流控装置的具体实施方式中，所述外泌体分离用的微流控装置还包括支撑组件、第一蠕动泵单元、第二蠕动泵单元和流体切换单元，所述支撑组件用于安装所述微流控芯片以使其处于水平可拆卸固定状态，所述第一蠕动泵单元位于所述芯片基体的下方并能够对所述第一软管段和第二软管段进行施压以使其内的流体流动，所述第二蠕动泵单元位于所述芯片基体的下方并能够对所述第三软管段进行施压以使其内的废液从排液管路中排出，所述流体切换单元包括第二支座、第二驱动器、第二转盘和凸块，所述第二驱动器安装在所述第二支座上，所述第二转盘转动连接在所述第二支座的顶端并由所述第二驱动器驱动旋转，所述第二转盘的顶端边缘部位固定有两个间隔分布的凸块，两个凸块在所述第二转盘旋转过程中通过施压方式能够同时封闭所述第四软管段和第五软管段或者同时封闭第四软管段和第四回流管路或者同时封闭第五软管段和第四回流管路。

15、在第二方面，本发明还提供一种全集成核酸/蛋白检测系统，包括注射式核酸蛋白提取单元、检测系统和上述技术方案中任一项所述的外泌体分离用的微流控装置，所述注射式核酸蛋白提取单元内注射由所述外泌体分离用的微流控装置所分离的外泌体，所述注射式核酸蛋白提取单元将外泌体进行裂解、核酸蛋白提取和分离提纯后注入所述检测系统中进行检测。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、本发明在每个分离腔体内的滤膜上方设置一个磁转子，磁转子在磁力搅拌驱动单元的驱动下能够在滤膜的上方旋转以对分离腔体内的流体进行搅拌，从而使堵塞滤膜孔的颗粒重悬，缓解滤膜易堵塞的问题，也能使待回收的外泌体重悬，提高外泌体的分离效率和回收率；

18、2、每个分离腔体内的流体流动方向均与滤膜过滤的方向垂直，以使流体在输送过程中相对滤膜来说形成切向流，同样能在一定程度上缓解滤膜堵塞，提高外泌体的分离效率和回收率；

19、3、通过第一蠕动泵单元、第二蠕动泵单元的设置，借助微流控芯片上设计的各个软管段可以实现一路或多路流体同时驱动控制，提高流体控制效率；通过流体切换单元的设置，两个凸台在旋转过程中可以直接对第四软管段、第五软管段和第四回流管路施压，实现一个第一驱动器一次控制一路或多路流体的连通与截止，在不影响微流控芯片液路密封的同时，有效提高流路切换的工作效率；满足外泌体全封闭快速分离与微流控芯片免清洗一次性使用的要求。