CN102631959A - 实现血浆持续分离的微流控器件及其分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现血浆持续分离的微流控器件，包括微流控芯片和L型导管，微流控芯片中有微通道，微通道分为三条，呈T字型分布且端部相通，分别为全血通道、血浆通道和细胞通道，三条微通道开口在微流控芯片的表面，分别为进样口、血浆收集口、细胞出口；L型导管有长端和短端，短端与进样口相通，且短端与微流控芯片的平面垂直；其中，L型导管的长端和血浆通道分别与L型导管的短端、全血通道和细胞通道形成的平面垂直，但方向相反。本发明制作简单、成本低，可以长时间工作，实现血浆的持续分离。
Description
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种实现血浆持续分离的微流控器件及其分离方法，特别涉及一种制作简单，并能够长时间持续分离的微流控器件及其分离方法。
背景技术
随着个人化医疗需求和新药研发的发展，自动化样品处理技术受到越来越多的关注，已成为微流控芯片技术的真正走向应用的一个重要发展方向。利用微流控芯片中微通道实现血液样品自动化处理过程，具有比传统的离心或静置转移等方法更多的优势，如：易于实现全功能的器件集成、自动化程度大大提高，使用成本低等。目前已发表的实现芯片上血浆分离方法中，多采用基于过滤、离心、plasma-skimming效应等原理来实现，这些方法存在分离容量小，器件集成复杂，难以实现长时间持续分离等问题，极大地限制了微流控芯片上血浆分离功能的实现与使用。重力场作用芯片芯片上血浆分离的报道如Tachi 等采用两条平行的微通道在全血缓慢流过其中一条微通道的情况下，通过两条微通道间的微米通道对沉降一定距离的全血进行过滤，该方法存在着流速低，需要精细微加工，使用时间受限等问题。另外一种基于重力沉降的血浆分离芯片由Lee等提出，目标是实现一滴血液的血浆即时分离，不具备连续分离的能力。因此，需要发明一种制作简单并能够长时间持续分离的微流控器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现血浆持续分离的微流控器件，解决现有的微流控器件不能实现血浆的持续分离，制作复杂的问题。
本发明的另一目的是提供使用上述微流控器件持续分离血浆的方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
一、一种实现血浆持续分离的微流控器件，该装置包括微流控芯片和L型导管，微流控芯片中有微通道，微通道分为三条，呈T字型分布且端部相通，分别为全血通道、血浆通道和细胞通道，三条微通道开口在微流控芯片的表面，分别为进样口、血浆收集口、细胞出口；L型导管有长端和短端，短端与进样口相通，且短端与微流控芯片的平面垂直；其中，L型导管的长端和血浆通道分别与L型导管的短端、全血通道和细胞通道形成的平面垂直，但方向相反。
所述的L型导管的内径为0.5mm～2mm。
所述的微通道的内径为0.05mm～0.5mm。
所述的微流控芯片包括玻璃芯片和PDMS盖片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的开口则位于PDMS盖片上，玻璃芯片和PDMS盖片键合为一体。
二、一种使用上述微流控器件持续分离血浆的方法，全血在L型导管长端内发生沉降分为上下两层，经过L型导管短端的转向作用后，通过进样口进入全血通道，转换为左右两层，血浆层进入血浆通道通过血浆收集口排出，血细胞进入细胞通道通过细胞出口排出。
采用上述技术方案的积极效果：本发明制作简单、成本低，应用导管的转向作用，即可将细胞与血浆的分层方向由上下转成左右，然后从不同的口收集，可以长时间工作、持续分离血浆，且不会发生堵塞；本发明的分离参数可以随时调节，可根据不同的需要调节全血进样速度，以得到不同纯度的血浆。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的微流控芯片中微通道的结构示意图。
图3是在血浆收集速度为10微升每分钟条件下，不同血液进样速度条件下分离得到的血浆中红细胞去除率。
图4是在血浆收集速度为10微升每分钟条件下，不同血液进样速度条件下分离得到的血浆中游离血红蛋白含量，直线表示离心方法获得的血浆中游离血红蛋白的含量。
图中，1微流控芯片，2 L型导管，3全血通道，4血浆通道，5细胞通道，6进样口，7血浆收集口，8细胞出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的微流控芯片中微通道的结构示意图，结合图1、图2所示，一种实现血浆持续分离的微流控器件，该装置包括微流控芯片1和L型导管2，微流控芯片1中有微通道，微通道分为三条，呈T字型分布且端部相通，分别为全血通道3、血浆通道4和细胞通道5，三条微通道开口在微流控芯片1的表面，分别为进样口6、血浆收集口7、细胞出口8。进样口6、血浆收集口7、细胞出口8分别用于进入全血、收集血浆以及收集血细胞。L型导管2有长端和短端，短端与进样口6相通，且短端与微流控芯片1的平面垂直。其中，L型导管2的长端和血浆通道4分别与L型导管2的短端、全血通道3和细胞通道5形成的平面垂直，但方向相反。对微通道和L型导管2的角度做严格的限制，主要是为了能使细胞与血浆的分层方向由上下转成左右，便于分别收集。
在实际使用中，L型导管2的内径为0.5mm～2mm，微通道的内径为0.05mm～0.5mm，便于全血分层以及收集血浆。
本发明基于的原理包括：（1）红细胞密度大于血浆密度，存在相对于血浆的重力沉降过程；（2）全血在低剪切速率条件下，红细胞的自然生理功能会使其互相聚集形成串钱状的聚集体；（3）根据Stokes沉降理论，红细胞聚集体的形成会大大加快沉降速度而在短时间内实现细胞与血浆的分层；（4）呈T字型的微通道与L型导管可以实现细胞与血浆的分层方向由上下转化为左右；（5）左右分层的全血可以利用在微流控芯片中流体的层流特性和芯片上分流结构实现血浆的持续高效分离。
在制作时，微流控芯片1包括玻璃芯片和PDMS盖片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的开口则位于PDMS盖片上，玻璃芯片和PDMS盖片键合为一体。
首先，设计、制作微流控芯片1通道掩膜；采用标准紫外光刻和化学湿法刻蚀技术，在玻璃芯片上制作微通道；具有微通道的玻璃芯片与打孔后的PDMS（聚二甲基硅氧烷）盖片通过等离子处理进行键合；用酒精灯拉制玻璃毛细采血管制备L型导管2；将拉制好的L型导管2短端插入微流控芯片1的进样口6处即可。该芯片的制作方法为现有技术中提供的方法，具体步骤如下：
（1）在玻璃芯片上加工微通道：利用紫外光刻和化学湿法刻蚀技术，在匀胶铬板玻璃上经过曝光、显影、定影、老化光胶、去铬和刻蚀几个步骤，加工获得微通道。通道深度均为50微米。
（2）PDMS盖片的制备：Sylgard 184 单体和固化剂以10:1（质量比）的比例混合，脱气，倒于干净的平面围堰上热固化后揭下即可获得。根据需要采用打孔器打孔。在PDMS片上打3个孔，分别为进样口6、血浆分离出口7、细胞出口8。
（3）玻璃和PDMS盖片分别清洗干净后，置于等离子清洗机中，处理时间2min，马上对齐键合。
（4）取长为10cm的玻璃毛细采血管，用酒精灯将毛细管拉制成L形，两端长度分别大约为8cm和2cm，制备出L型导管2。
（5）将L形导管2短端垂直插入PDMS盖片上对应的进样口6，长端通过硅胶管与注射泵相连。芯片上血浆收集口7、细胞出口8通过导管连到收集容器。
其中掩膜采用矢量绘图软件设计微通道图案，采用高分辨率（5080dpi 或以上）的激光排照机打印出带有图案的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）胶片作为光刻掩膜。
标准紫外光刻中，显影液为0.5% 的NaOH 水溶液（w/w），定影液为去离子水，老化光胶是在110℃热台上放置15分钟。
化学湿法刻蚀所用的刻蚀液为：1 mol·L-1 HF，0.5 mol·L-1 NH4F 和0.5 mol·L-1 HNO3的混合溶液，通过控制刻蚀时间来控制微通道深度。
去铬液为：200g硝酸铈铵、35mL 冰醋酸和1000mL水的混合溶液。
实施例2
一种使用微流控器件持续分离血浆的方法，取新鲜柠檬酸钠抗凝全血，用磷酸盐缓冲液稀释至红细胞压积为8%的样品，注射泵调节进样速度，全血进样速度在1微升每分钟到100微升每分钟，全血在L型导管2长端内发生沉降分为上下两层，经过L型导管2短端的转向作用后，通过进样口6进入全血通道3，转换为左右两层，血浆层进入血浆通道4通过血浆收集口7排出，血细胞进入细胞通道5通过细胞出口8排出。通过采用压力调节夹调节血浆收集速度进行血浆收集。血浆收集速度为10微升每分钟条件下，不同血液进样速度条件下分离得到的血浆中红细胞去除率和游离血红蛋白含量分别如图3、图4所示。图3是在血浆收集速度为10微升每分钟条件下，不同血液进样速度条件下分离得到的血浆中红细胞去除率；图4是在血浆收集速度为10微升每分钟条件下，不同血液进样速度条件下分离得到的血浆中游离血红蛋白含量，直线表示离心方法获得的血浆中游离血红蛋白的含量。从图中可以得出，血液进样速度越小，血浆中的红细胞去除率就越高，同时，血浆中游离血红蛋白含量就越小；反之，血液进样速度越大，血浆中的红细胞去除率就越低，同时，血浆中游离血红蛋白含量就越高。通过对比发现，当血液进样速度不超过50微升每分钟时，血浆中游离血红蛋白的去除效果优于离心方法。
Claims (5)
1. 一种实现血浆持续分离的微流控器件，其特征在于：该装置包括微流控芯片（1）和L型导管（2），微流控芯片（1）中有微通道，微通道分为三条，呈T字型分布且端部相通，分别为全血通道（3）、血浆通道（4）和细胞通道（5），三条微通道开口在微流控芯片（1）的表面，分别为进样口（6）、血浆收集口（7）、细胞出口（8）；L型导管（2）有长端和短端，短端与进样口（6）相通，且短端与微流控芯片（1）的平面垂直；其中，L型导管（2）的长端和血浆通道（4）分别与L型导管（2）的短端、全血通道（3）和细胞通道（5）形成的平面垂直，但方向相反。
2. 根据权利要求1的所述的实现血浆持续分离的微流控器件，其特征在于：所述的L型导管（2）的内径为0.5mm～2mm。
3. 根据权利要求1的所述的实现血浆持续分离的微流控器件，其特征在于：所述的微通道的内径为0.05mm～0.5mm。
4. 根据权利要求1的所述的实现血浆持续分离的微流控器件，其特征在于：所述的微流控芯片（1）包括玻璃芯片和PDMS盖片，微通道位于玻璃芯片上，微通道的开口则位于PDMS盖片上，玻璃芯片和PDMS盖片键合为一体。
5. 一种使用微流控器件持续分离血浆的方法，其特征在于：全血在L型导管（2）长端内发生沉降分为上下两层，经过L型导管（2）短端的转向作用后，通过进样口（6）进入全血通道（3），转换为左右两层，血浆层进入血浆通道（4）通过血浆收集口（7）排出，血细胞进入细胞通道（5）通过细胞出口（8）排出。
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