[发明专利]一种基于纳米-微米通道组合进行颗粒和细胞顺序分离和计数的微流控芯片装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米‑微米通道组合进行颗粒和细胞顺序分离和计数的微流控芯片装置和方法，该装置的微通道包括：进样通道；主通道；多个出样通道；第一电场分离计数通道具有分离计数正极储液孔，并通过第一检测门与主通道垂直连通；第二电场分离计数通道具有分离计数负极储液孔，并通过第二检测门与主通道垂直连通和流场聚焦通道；分离计数正/负极储液孔内均插有铂电极，直流电源正极与第一电场分离计数通道连接，负极与第二电场分离计数通道连接；本发明能够使得待检测细胞不进入检测门就实现计数且在实现不破坏待分离的细胞的条件下，在介电泳力作用下准确流入不同出样通道。

技术领域

本发明涉及细胞的操控技术领域，具体说是涉及一种基于纳米-微米通道组合进行颗粒和细胞顺序分离和计数的微流控芯片装置和方法。

背景技术

对混合样品中的不同种细胞进行分离，并对分离后的细胞准确的计数在多个领域具有重要的意义和需求；例如，在海洋环境监测，生物医学研究等领域，对研究确定目标混合物(如细菌、病毒、海洋微生物等)不同种类细胞的数量的便携式细胞快速分离计数的装置或方法，一直有着迫切的需求。

在微流控领域进行DEP分离有直流介电泳和交流介电泳两种类型。然而在直流介电泳中为了产生足够强度的介电泳力往往需要数百伏甚至上千伏的电压，而高电压形成的电场又会产生焦耳热效应，细胞或微生物在这种环境中很容易被杀死或裂解；对于交流介电泳而言，通常需要复杂的微电极阵列或十分精确的微电极结构与微流控通道对齐，这种操作是很难实现的。

对于RPS检测来说，传统的RPS检测时颗粒需进入检测门，其会出现颗粒将检测门堵塞的情况，这会使检测结果出现错误，检测精度大大降低降低。

此外由于传统DEP分离需要高电压，当电压很高时，检测到信号的信噪比会随之增大；随着端电压的增加，系统的噪音会变大，所以过高的电压会对颗粒计数的结果产生影响。

目前现有常用的细胞分离的方法包括下述几种：

1)过滤分离法：过滤分离法是目前分离匀项混合物常用的方法，它是一种借助多孔介质构成的障碍场使不同尺寸的细胞进行分离的方法。此方法原理简单，但是需要加工精度很高的多孔介质(如滤膜、滤网)，而且过滤精度不好，不能分离两种体积相近的细胞。

2)密度梯度超离心速率分离法：它是一种利用胶体颗粒在离心场力作用下穿过密度梯度区的速率不同，通过控制离心参数，实现纳米颗粒按照尺寸、密度和团聚状态等差异进行分离的方法。此方法利用颗粒的密度和尺寸对颗粒进行分离，但在超速离心的物理条件下，有的细胞会被破坏，可分离的微小颗粒有一定局限性。

3)场流分级法：它是一种颗粒分离的重要手段，场流分级法是在一个长而窄的隧道中，将场运用于其中的悬浮液或溶液，以垂直(或者其他角度)于流动相的方向进行分离的方法，这种方法能够对尺寸范围较宽的胶体进行持续高分辨分离，但是这种方法不足之处在于样品易损失，主要原因是在样品与分离膜作用的过程中，分离膜会对样品产生吸附，样品的pH值、离子强度等也会发生改变。

4)磁性分离法：磁性分离法是一种利用磁性作用力对细胞进行有效分离的方法，这种方法所需设备体积小、结构简单、维护容易，但是有时为了提高磁场强度，必须选择高磁饱和度的聚磁介质，对聚磁介质的选择具有一定的技术困难，且增加运行的费用。

微流控芯片作为一种新的微型分析平台建立于20世纪90年代，它通过微细加工技术在芯片上构建由储液池、微反应室、微管道等微功能元件构成的微流路系统，加载生物样品和反应液后，在压力或电场作用下形成微流路，与芯片进行一种或连续多种的反应，达到对样品快速分析的目的，微流控装置可以将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离和检测等基本操作集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。它具有液体流动可控、消耗试剂和试样极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点。