[实用新型]一种螺旋形微通道及其串、并联安装结构

说明书

本实用新型属于稀有细胞或颗粒富集筛选领域，涉及一种螺旋形微通道及其串、并联安装结构，针对螺旋形微通道在恶性肿瘤患者外周血循环肿瘤细胞的分选富集领域的技术难题，巧妙地设计出了合理级联应用多个螺旋形微通道的串联及并联式螺旋形微通道惯性分离结构，相对于现有的同类技术，本实用新型对分选富集外周血循环肿瘤细胞，不仅具有良好的循环肿瘤细胞的捕获效率和处理通量，也可以最大化循环肿瘤细胞的纯度，最小化循环肿瘤细胞的损失，并维持循环肿瘤细胞的原始表型，所获得的含有高纯度循环肿瘤细胞的细胞悬液特别适宜于后续的生物医学检测、遗传学分析、细胞培养、异种移植瘤制备等，具有广泛而深远的临床实际应用价值。

技术领域

本实用新型属于稀有细胞或颗粒富集筛选领域，涉及一种螺旋形微通道及其串、并联安装结构。

背景技术

侵袭和转移是肿瘤患者的主要临床致死原因，肿瘤转移疾病所引起的死亡占实体瘤所致死亡的90％左右，因此，肿瘤转移的早期精准检测显得优为重要。循环肿瘤细胞是指脱离原发和转移肿瘤病灶，侵袭并进入淋巴管、血液等循环系统的肿瘤细胞。循环系统中检测到循环肿瘤细胞提示可能有肿瘤微转移的存在，并有进一步发展成为远处转移的可能性。近年来，许多研究报告已经证实循环肿瘤细胞在肿瘤转移的早期诊断、个体化治疗、探索肿瘤转移机制等方面具有潜在的重要价值。相对于实体瘤的肿瘤组织细胞，外周血循环肿瘤细胞的检测具有可重复检测、取样简单、无创伤等优点，被称为液体活检，在近年来成为肿瘤精准诊断的热点。

循环系统中的循环肿瘤细胞不仅有形态学和遗传学异质性，而且十分稀少，即使是晚期肿瘤患者，每毫升全血中的循环肿瘤细胞可仅有1-10个，因此，要实现循环肿瘤细胞的检测，对其进行分选富集是一个必不可少的步骤，并且，循环肿瘤细胞分选富集的优劣将直接影响其后续的检测效果(如：计数、基因扩增、基因测序、细胞培养)。

基于惯性微流原理的微流控芯片近年来成为无标记分选富集循环肿瘤细胞的常用方法之一，其主要特点是无需施加任何外力，如电力、磁力，就可以在微通道内实现包括细胞在内的一定尺寸粒子的聚焦流动。按芯片结构特征来划分，基于惯性微流原理的微流控芯片可主要分为直线形微通道、弯弧形微通道、螺旋形微通道等3种，其中，螺旋形微通道是弯弧通道的一种特殊形式。当流体在直线形通道中呈层流状态时，流体的流速呈现一种抛物线状分布：通道中间的流体层速度最大，流体层越靠近通道壁，其流速越低，并且，随着流体层靠近通道壁的距离降低，其流速也按照一定比例降低，离通道壁最近的流体速度最小。伴随这种抛物线状的流速分布产生了一种剪切力梯度，这种剪切力梯度诱导产生的升力会将悬浮在流体中的粒子推向通道壁。当粒子迁移到距离通道壁足够近的位置时，通道壁诱导产生的升力又会将粒子推离通道壁。上述两种方向相反的升力的合力被称为惯性升力F_L。惯性升力作用在粒子上，会使粒子在通道横截面中产生相对移动。当粒子移动到横截面的平衡位置，即粒子在横截面这一位置时，受到的惯性升力为零，粒子就会稳定在横截面这一位置，从而使粒子聚焦在横截面中稳定位置，形成聚焦流动，流向下游。粒子在直线形微通道横截面中受力平衡的位置与微通道横截面的形状有关：在圆形横截面的微通道中，粒子会聚焦形成一个环形；在正方形横截面的微通道中，粒子聚焦的位置会减少到四个，分别位于四个面的中间；在矩形横截面的微通道中，当微通道的纵横比较大时，即微通道特别宽或者特别高时，粒子聚焦的位置会减少到两个，分别位于两个较长面的中间。

当流体在弯弧形微通道中流动时，情况比直线形微通道中的更复杂。呈抛物线流动的流体在通道中间速度最大。在经过微通道转弯处时，微通道中间的流体因其流速最大而受到的离心力最大，从而流向弯弧形微通道的外侧壁。靠近微通道壁的流体流速最小，所受离心力也最小，从而受到中间高流速流体的挤压。为了保持流体中各处质量守恒，在垂直于流体流动的方向上，形成一对反向旋转且对称的涡流，分别位于微通道横截面的上部和下部，由此产生一种被称作迪恩涡流的二次流。迪恩涡流会对流体中的颗粒产生曳力作用，被称为迪恩曳力F_D。因此在弯弧形微通道中，流动的粒子会同时受到惯性升力和迪恩曳力的作用，这两种力的相对大小决定粒子在弯弧形通道中流动的聚焦流动情况。