[发明专利]基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统，包括微流控芯片模块，微流控芯片模块顶部设置有显微摄像系统，显微摄像系统又与数据处理计算机连接，微流控芯片模块的输入端连接有两台注射泵，微流控芯片模块的输出端与数据采集系统连接，数据采集系统同时还连接至数据处理计算机，本发明还公开了基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离方法，本发明对微尺度结构中高体积分率条件下液体样品中的粒子进行检测和操控，最终实现粒子的高效聚焦和分选。

技术领域

本发明属于多相流微流控技术领域，具体涉及一种基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统，本发明还涉及基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离方法。

背景技术

微流控芯片技术是在微尺度结构中通过对微量样品的控制实现样品的采样、检测和分离。随着大量宏观现象和操控机理的引入，数字化微流控、微电极阵列介电电泳、光诱导介电电泳、介入式微流控等新技术被越来越多地应用到微尺度芯片中。惯性微流控技术是近几年出现的一种借助微尺度惯性效应来操控流体粒子的新技术，惯性微流控技术具有高通量、无需外场介入、低成本、易集成及微型化等优点，可用于解决医疗诊断、生化分析、合成化学及环境监测等领域的检测分析和微量操控问题。目前，对惯性微流控技术的应用仅限于粒子体积分率(Particle volume fraction)较小(<5.0vol％)的情况，随着粒子体积分率的增加，粒子间相互作用及粒子对流体流动的影响趋于剧烈，粒子的迁移将会受到较大影响。介电电泳技术利用粒子在非均匀电场中因极化效应而产生运动的原理来实现粒子操控，在特定交变电场下，不同粒子具有不同的介电特性和电导率，将受到不同的介电电泳力而分离。但是，单纯依靠微电极结构产生的非均匀电场力的作用距离非常有限，一般只能实现混合粒子在微电极附近的富集和分离，适用于局部区域内对粒子进行操控。如果能将惯性微流控技术和介电电泳技术相结合，研究复合式细胞分离方法及粒子操控机理，找出高浓度混合样品体系的流动式连续分离技术，将对实现高体积分率条件下粒子运动的精确控制和高效分离具有重要科学意义和实用价值。

自微流控芯片问世以来，已经出现了十多种可应用于微流控芯片的检测技术，目前广泛采用的有显微粒子图像测速技术，谱域多普勒光学相干层析成像技术和数字全息粒子跟踪测速技术等，但其只限于粒子体积分率较小的情况下，高体积分率下粒子间的相互干扰在一定程度上限制了粒子分离技术的研究。层析成像技术主要利用粒子通过电极阵列时对电场的影响和激励来实现粒子位置的测量及特异粒子的识别，在测量原理上不受粒子体积分率的限制，为高体积分率条件下粒子分布信息的实时测量提供了有效技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统，对微尺度结构中高体积分率条件下液体样品中的粒子进行检测和操控，最终实现粒子的高效聚焦和分选。

本发明的另一目的是提供一种基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统，包括微流控芯片模块，微流控芯片模块顶部设置有显微摄像系统，显微摄像系统又与数据处理计算机连接，微流控芯片模块的输入端连接有两台注射泵，微流控芯片模块的输出端与数据采集系统连接，数据采集系统同时还连接至数据处理计算机。

本发明第一技术方案的特点还在于，

微流控芯片模块包括模块本体，模块本体内部为微流道，微流道外部依次设置有Ⅰ截面、Ⅱ截面、Ⅲ截面、Ⅳ截面、Ⅴ截面5个截面，5个截面与细胞流动方向水平垂直，其中，Ⅰ截面、Ⅲ截面、Ⅴ截面为测量截面，Ⅱ截面、Ⅳ截面为操控界面，每个截面上均设有多层电极阵列传感器。

本发明所采用的第二技术方案是，基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离方法，其特征在于，利用基于惯性迁移与介电电泳的复合式细胞分离系统，具体按照以下步骤实施：