CN103270150A - 细胞采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于从血液、生理性流体等流体试样分离并采集靶细胞的网式过滤器。本发明包括：具有用于输送包含靶细胞的流体试样的通道和管壁的导管；以及设置于导管的内侧，并具有过滤靶细胞的多个过滤孔，且引导靶细胞的流动以捕集靶细胞的网式过滤器。于是，较大地提高靶细胞的采集率，因而能够有效地采用于从人的血液采集靶细胞并进行分析、检查、药物试验、临床试验等。

Description

细胞采集装置
技术领域
本发明涉及细胞采集装置，更为详细地讲，涉及能够从血液（Blood）、生理性流体（Physiological fluid）等流体试样（Fluid sample）过滤而捕集靶细胞（Target cell）的细胞采集装置。
背景技术
最近对于旨在治疗人的疾病的动物实验及临床实验在强化管制。为了代替这种动物实验及临床实验正在积极地进行旨在从人的血液采集活着的细胞（Live cell）的研究和技术开发。细胞的采集利用微流体装置（Micro fluidicdevice）、循环肿瘤细胞芯片（CTC chip，Circulating tumor cells chip）、过滤器（Filter）等多种细胞采集装置而实施。
用于从血液过滤细胞的过滤器可从美国专利申请公开第2007/0025883A1号和美国专利申请公开第2009/0188864A1号等诸多专利文献中查到。这些专利文献的过滤器由膜（Membrane）构成，并具备为进行细胞的过滤而形成的多个细孔（Pore）。但就这些专利文献的技术而言，癌细胞分散在安装固定于腔室（Chamber）或中央方形孔（Central square hole）内的过滤器的整个表面上，因而存在难以识别癌细胞的过滤状态的缺点。而且，存在难以回收采集分散在过滤器的表面的癌细胞的问题。
发明内容
技术课题
本发明是为了解决上述的各种问题而研究出的，本发明的目的在于提供一种用于从血液、生理性流体等流体试样过滤靶细胞并在管壁侧捕集的细胞采集装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够将靶细胞捕捉到一处之后简便地采集的细胞采集装置。
课题解决方案
旨在达到这种目的的本发明的特征是包括：具有用于输送包含靶细胞的流体试样的通道和管壁的导管；以及设置于导管的内侧，并具有过滤靶细胞的多个过滤孔，且引导靶细胞的流动以捕集靶细胞的网式过滤器。
而且，网式过滤器形成为向与管壁相交的边界部引导靶细胞的流动而捕集靶细胞。而且，网式过滤器沿着流体试样的流动方向倾斜地设置在通道中，且在流体试样的流动方向前端具有以容纳靶细胞的方式形成的捕集阱。
而且，在网式过滤器形成有用以引导靶细胞的流动并容纳靶细胞的凹部。而且，凹部形成为在其中央容纳靶细胞，在凹部的中央进一步形成有捕集阱以能够集中靶细胞。
发明效果
根据本发明的细胞采集装置能够从流体试样分离靶细胞而捕捉到一处之后简便地采集。于是，较大地提高靶细胞的采集率，因而能够有效地采用于从人的血液采集靶细胞并进行分析、检查、药物试验、临床试验等。
附图说明
图1是表示根据本发明的细胞采集装置的构成的立体图。
图2是切取图1中所图示的细胞采集装置的构成而表示的立体图。
图3是表示图1中所图示的细胞采集装置的构成的剖视图。
图4是在根据本发明的细胞采集装置中切取网式过滤器的另一实施例而表示的立体图。
图5是图4中所图示的网式过滤器的剖视图。
图6在根据本发明的细胞采集装置中切取网式过滤器的其它实施例而表示的立体图。
图7是图6中所图示的网式过滤器的剖视图。
图8是在根据本发明的细胞采集装置中切取网式过滤器的其它实施例而表示的立体图。
图9是图8中所图示的网式过滤器的剖视图。
图10是在根据本发明的细胞采集装置中切取网式过滤器的其它实施例而表示的立体图。
图11是图10中所图示的网式过滤器的剖视图。
图12是分离根据本发明的细胞采集装置的另一实施例的构成而表示的立体图。
图13是分离并切取图12中所图示的细胞采集装置的构成而表示的立体图。
图14是表示图12中所图示的细胞采集装置的构成的剖视图。
图15是切取根据本发明的细胞采集装置的其它实施例的构成而表示的立体图。
图16是图15中所图示的细胞采集装置的剖视图。
具体实施方式
本发明的其它的目的、各特定的优点、新颖的特征从与各附图相关的下面的详细说明和各优选实施例将更加清楚。
下面利用各附图来详细说明对于根据本发明的细胞采集装置的优选实施例。
首先，参照图1至图3，根据本发明的细胞采集装置将包含在流体试样2中的各靶细胞4从各非靶细胞6（Non-target cell）过滤而捕捉。流体试样2由人或动物的唾液、汗、尿液等生理性流体、血液、血清（Serum）构成。而且，流体试样2可多样地选择为包含人、动物、植物的细胞、组织等的各靶细胞4的流体或包含病毒、细菌等的流体等。在流体试样2选择为血液的情况下，各靶4包含在血液中且由具有互不相同的大小的各细胞构成。血液中的各细胞中有红血球（Red blood cell）、白血球（White blood cell）等。在本实施例中靶细胞可选择为癌细胞，非靶4可选择为红血球和白血球。
根据本发明的细胞采集装置具备用于输送流体试样2的导管10。导管10具有以顺利地输送包含各靶细胞4的大量的流体试样2的方式形成的通道12和管壁14。通道12能够多样地形成为圆形截面、四边形截面等。导管10分割为上部导管16a和下部导管16b。上部导管16a和下部导管16b能够以通过接合、硬套、螺纹连接等形成单一的通道12的方式结合。
根据本发明的细胞采集装置具备设置于导管10的通道12中的网式过滤器20（Screen filter）。网式过滤器20具有表面22、背面24边缘26和以过滤各靶细胞4的方式形成的多个过滤孔28。各过滤孔28以具有小于各靶细胞4的直径的大小的方式形成。网式过滤器20能够以金属例如不锈钢（Stainlesssteel）、镍（Nickel）、铝（Aluminum）、铜（Copper）为原材料制作。微米大小的各过滤孔28可通过利用了微电机系统（MEMS，Micro-electro-mechanicalsystems；微电机系统）技术的蚀刻（Etching）或电铸（Electroforming）而形成。这种网式过滤器20不会因在通道12中流动的血液2的压力而变形。
另一方面，网式过滤器20的边缘26介于上部导管16a的下端与下部导管16b的上端之间，表面22与管壁14相交。网式过滤器20具有向管壁14与表面22相接的边界部30引导各靶细胞4的流动的形状。在本实施例中，虽然图示并说明了网式过滤器20的边缘26夹在上部导管16a与下部导管16b之间，但网式过滤器20能够以边缘26贴紧管壁14的方式设置于通道12中。
网式过滤器20为了将各靶细胞4捕集到流体试样2的流动方向前端的与管壁14相交的边界部30而沿着流体试样2的流动方向倾斜地设置于通道12中。即、倾斜着的网式过滤器20的下游部（Downstream portion）与管壁14之间的边界部30成为各靶细胞4所汇集的区域。在本实施例中，网式过滤器20的斜率只要是各靶细胞4能够沿着表面22流下的程度即可。
如图3中所图示，在导管10的靠近边界部30的外表面形成有与边界部30连接的排出孔18。能够通过排出孔18向导管10外排出而采集汇集在边界部30的各靶细胞4。排出孔18可由公知的阀而开关。
在根据具有这种构成的本发明的细胞采集装置中，流体试样2流体试样由供给单元而供给到导管10的上游。流体试样供给单元可由能够存储定量的血液并向导管10的上游供给的注射器（Syringe）、采血管（Blood collection tube）、包（Bag）、袋（Pack）等多种形态构成。而且，流体试样供给单元还可以由注射泵（Syringe pump）、柱塞泵（Plunger pump）等构成。
如图3中所图示，若流体试样2供给到导管10的上游，则沿着通道12流动的流体试样2中的各靶细胞4不能通过各过滤孔28。各靶细胞4从网式过滤器20的高处沿着表面22流下并引导到倾斜着的网式过滤器20的下游端部并汇集到管壁14与表面22相接的边界部30。
另一方面，就流体的流动速度分布（Flow velocity profile:P）而言，流速因管道摩擦损失（Pipe friction loss）而显出在通道12的中央附近最快，且越向管壁14就越变慢。在靠近管壁14的表面22的上游和背面24的下游显出压力和流速的降低较少。
在流速最快的网式过滤器20的中央被各过滤孔28过滤的各靶细胞4沿着表面22迅速地向网式过滤器20的下游端部流下。在网式过滤器20的中央，各非靶细胞6作为一例红血球迅速地通过各过滤孔28。于是，防止因各靶细胞4和各非靶细胞6而引起的各过滤孔28的堵塞，从而能够顺利地维持流体试样2的流动，因而能够从大量的流体试样2中有效地过滤各靶细胞4。
根据本发明的细胞采集装置的网式过滤器20除了图3中所图示的直线形之外还能够由表示极大值的点位于中央的曲线形、单调增加或单调减少曲线形构成。就表示极大值的点位于中央的曲线形网式过滤器而言，其切线的斜率在中央部最平缓，斜率呈越向边缘就越渐渐增加的样态。于是，即便是流体试样2的流速在通道12的中央也并不快的情况下也能在管壁14侧有效地汇集各靶细胞4。
另一方面，能够通过排出孔18向导管10外排出而采集汇集在边界部30的各靶细胞4。作业人员能够将通过排出孔18向导管10外排出的各靶细胞4收集到试管、培养皿等而简便地采集。
图4和图5中图示有根据本发明的细胞采集装置的网式过滤器的另一实施例。参照图4和图5，另一实施例的网式过滤器120具备表面122、背面124、边缘126、以及以过滤各靶细胞4的方式形成的多个过滤孔128。网式过滤器120为了将各靶细胞4捕集到流体试样2的流动方向前端的与管壁14相交的边界部130而沿着流体试样2的流动方向倾斜地设置于通道12中。
网式过滤器120由具有从其中央朝向上游端部形成的凹曲面部132和朝向下游端部形成的凸曲面部134的双曲线形构成。凹曲面部132与凸曲面部134以构成波形的方式自然地连接。在凹曲面部132各非靶细胞6顺利地通过各过滤孔28。各靶细胞4经凸曲面部134向边界部130迅速地移动而被捕集。能够将各靶细胞4从大量的流体试样2中的各非靶细胞6过滤而集中捕集到管壁14部位。
另一方面，在具有凹曲面部132和凸曲面部134的双曲线形或单一曲线形网式过滤器120中，切线的斜率按照曲率的变更而变化。切线的斜率与向管壁14侧引导各靶细胞4的流动的效率有关。这种双曲线形或单一曲线形网式过滤器120的曲率可按照流体的流动速度分布调节而提高靶细胞4的捕集率。
图6和图7中图示有根据本发明的细胞采集装置中的网式过滤器的其它实施例。参照图6和图7，另一实施例的网式过滤器220具备表面222、背面224、边缘226、以及以过滤各靶细胞4的方式形成的多个过滤孔228。网式过滤器220为了将各靶细胞4捕集到流体试样2的流动方向前端的与管壁14相交的边界部230而沿着流体试样2的流动方向倾斜地设置于通道12中。
网式过滤器220具备以从上游端部朝向下游端部具有平缓的曲率的方式形成的凹曲面部232和凸曲面部234。
网式过滤器220在流体试样2的流动方向前端具有以容纳靶细胞4的方式凹陷形成的捕集阱236（Trap）。捕集阱236形成为在管壁14与捕集阱236之间能够聚集各靶细胞4的兜状（Pocket shape）。凹曲面部232和凸曲面部234向捕集阱236引导各靶细胞4的流动。各靶细胞4沿着倾斜着的表面222被引导到下游端部而捕集到捕集阱236内。于是，能够将各靶细胞4从大量的流体试样2的各非靶细胞6中过滤而有效地捕集到捕集阱236中。能够使汇集在捕集阱236中的各靶细胞4通过排出孔18向导管10外排出。
图8和图9中图示有根据本发明的细胞采集装置中的网式过滤器的其它实施例。参照图8和图9，其它实施例的网式过滤器320具有表面322、背面324、边缘326和以过滤各靶细胞4的方式形成的多个过滤孔328。
网式过滤器320沿着流体试样2的流动方向倾斜地设置于通道12中使得各靶细胞4沿着表面322流下并容纳到捕集阱336中。网式过滤器320具有以从捕集阱336朝向上游端部鼓起的方式形成的凸曲面部334。凸曲面部334向捕集阱336迅速地引导各靶细胞4的流动。于是，能够将各靶细胞4从大量的流体试样2中的各非靶细胞6过滤而集中捕集到捕集阱436中。
图10和图11中图示有根据本发明的细胞采集装置中的网式过滤器的其它实施例。参照图10和图11，其它实施例的网式过滤器420具有表面422、背面424、边缘426和以过滤各靶细胞4的方式形成的多个过滤孔428。边缘426介于上部导管16a与下部导管16b之间，并配置于与管壁14正交的同一平面上。
网式过滤器420具有以向与管壁14相交的边界部430引导各靶细胞4的流动的方式形成的凸部438。凸部438形成为从其中央的高处向低处的边界部430引导各靶细胞4的流动的圆屋顶状（Doum shape）。在通道12的中央不能通过各过滤孔428的各靶细胞4顺着圆屋顶状的凸部438流下并被引导到边界部430。各靶细胞4汇集到边界部430即凸部438的边缘从而防止各过滤孔428的堵塞现象。在本实施例中，虽然图示并说明了形成为圆屋顶状的凸部438，但这只是例示而已，凸部438可形成为能够从通道12的中央向管壁14引导各靶细胞4的流动的圆锥形、三角锥形、四角锥形等。
图12至图14中图示有根据本发明的细胞采集装置的另一实施例。参照图12至图14，根据本发明的细胞采集装置的另一实施例具备输送流体试样2的导管50。
导管50具有用于输送流体试样2的通道52，并分割为上部导管54a和下部导管54b。上部导管54a和下部导管54b能够以通过接合、硬套、螺纹连接等形成单一的通道52的方式结合。导管50的通道52能够以顺利地输送大量的流体试样2的方式多样地形成为圆形截面、四边形截面等。
根据本发明的细胞采集装置具备设置于导管50的通道52中的网式过滤器20（Screen filter）。网式过滤器520具有表面522、背面524、边缘526和为了过滤各靶细胞4而形成的多个过滤孔28。边缘526介于上部导管54a的下端与下部导管54b的上端之间。在本实施例中，虽然图示并说明了网式过滤器520的边缘526夹在上部导管54a与下部导管54b之间，但网式过滤器520能够以边缘526贴紧的方式设置于通道52中。虽然在图12中图示了形成为圆形的网式过滤器520，但这只是例示而已，网式过滤器520的形状可根据通道52的形状适宜地变更为四边形、椭圆形等。
各过滤孔528的大小形成为小于各靶细胞4的直径。网式过滤器520能够以金属例如不锈钢（Stainless steel）、镍（Nickel）、铝（Aluminum）、铜（Copper）为原材料制作。微米大小的各过滤孔528可通过利用了微电机系统（MEMS，Micro-electro-mechanical systems；微电机系统）技术的蚀刻（Etching）或电铸（Electroforming）而形成。这种网式过滤器520不会因在通道52中流动的血液2的压力而变形。
网式过滤器520具有向一处引导被过滤在表面522的各靶细胞4的流动并能够容纳各靶细胞4的形状。网式过滤器520具有以能够在其中央容纳各靶细胞4的方式形成的凹部530。凹部530形成为半球形。在本实施例中，虽然图示并说明了形成为半球形的凹部530，但这只是例示而已，凹部530还能够形成为截面积朝向流体试样2的流动方向前端渐渐减少的圆锥筒形、三角筒形、四角筒形等。而且，凹部530还能够形成为以能够在网式过滤器520的中央容纳各靶细胞4的方式凹陷的多种形状。
在根据具有这种构成的本发明的细胞采集装置中，流体试样2由流体试样供给单元而供给到导管50的上游到。流体试样供给单元可由能够存储定量的血液并向导管50的上游供给的注射器（Syringe）、采血管（Blood collectiontube）、包（Bag）、袋（Pack）等多种形态构成。而且，流体试样供给单元还可以由注射泵（Syringe pump）、柱塞泵（Plunger pump）等构成。
如图14中所图示，若流体试样2供给到导管50的上游，则沿着通道52流动的流体试样2中的各靶细胞4不能通过各过滤孔28。各靶细胞4沿着凹陷的表面522流下并汇集到凹部530的中央。各非靶细胞6作为一例红血球迅速地通过各过滤孔528。这样，由于各靶细胞4集中汇集在凹部530的中央，因而能够简便地采集已过滤的各靶细胞4。尤其，将包含在血液中的诸多细胞中的数量较少的癌细胞汇集到一处，因而能够提高癌细胞的采集率。
图15和图16中图示有根据本发明的细胞采集装置的另一实施例。参照图15和图16，另一实施例的细胞采集装置具备设置于导管50的通道52中的网式过滤器620。网式过滤器620具备表面622、背面624、边缘626和为了过滤各靶细胞4而形成的多个过滤孔628。
网式过滤器620具有以引导各靶细胞4的流动的方式形成的凹部630和以能够使各靶细胞4集中到流体试样2的流动方向前端的方式形成于凹部630的中央的捕集阱632（Trap）。
捕集阱632形成为能够聚集各靶细胞4的兜状（Pocket shape）。流体试样2中的靶细胞4沿着凹部630流下并汇集在捕集阱632中。于是，能够将各靶细胞4从大量的流体试样2中的各非靶细胞6分离并集中捕集到捕集阱632中。
另一方面，在过滤了各靶细胞4之后，通过对通道52向反向或正向供给溶液（Solution）例如水（Water）就能使集中在捕集阱632中的各靶细胞4向通道52外排出。将向通道52外排出的各靶细胞4收集到容器（Container）例如试管、培养皿等从而能够简便地采集。这样，利用网式过滤器620从流体试样2过滤了各靶细胞4之后，通过供给溶液即可使各靶细胞4从网式过滤器620脱落而采集，因而能够从人的血液中有效地分离并采集活着的癌细胞。
以上所说明的实施例只不过是说明了本发明的优选实施例而已，本发明的权利范围并不限定于所说明的实施例，本领域技术人员在本发明的技术思想和权利要求范围内可进行各种变更、变形或替换，应理解为这种实施例属于本发明的范围。
符号说明
2—流体试样，4—靶细胞，6—非靶细胞，10、50—导管，12、52—通道，14—管壁，18—排出孔，20、120、220、320、420、520、620—网式过滤器，22、122、222、322、422、522、622—表面，24、124、224、324、424、524、624—背面，28、128、228、328、428、528、628—过滤孔，30、130、230、330、430—边界部，530、630—凹部，132、232—凹曲面部，134、234、334—凸曲面部，236、336、632—捕集阱，438—凸部。

Claims (10)

1.一种细胞采集装置，其特征在于，包括：
输送包含靶细胞的流体试样的导管；以及
设置于上述导管的内侧，并具有过滤上述靶细胞的多个过滤孔，且引导上述靶细胞的流动以捕集上述靶细胞的网式过滤器。
2.根据权利要求1所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述导管具有用于输送包含靶细胞的流体试样的通道和管壁，上述网式过滤器向与上述管壁相交的边界部引导上述靶细胞的流动而捕集上述靶细胞。
3.根据权利要求2所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述网式过滤器沿着上述流体试样的流动方向倾斜地设置在上述通道中。
4.根据权利要求3所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述网式过滤器在上述流体试样的流动方向前端具有以容纳上述靶细胞的方式形成的捕集阱。
5.根据权利要求2所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述网式过滤器形成为曲线形。
6.根据权利要求2所述的细胞采集装置，其特征在于，
在靠近上述边界部的上述导管的外表面形成有能够排出上述靶细胞地与上述边界部连接的排出孔。
7.根据权利要求2所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述网式过滤器具有以从中央向上述边界部引导上述各靶细胞的流动的方式形成的凸部。
8.根据权利要求1所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述网式过滤器形成有用以引导上述靶细胞的流动并容纳上述靶细胞的凹部。
9.根据权利要求8所述的细胞采集装置，其特征在于，
上述凹部形成为在中央容纳上述靶细胞。
10.根据权利要求9所述的细胞采集装置，其特征在于，
在上述凹部的中央进一步形成有捕集阱以能够集中上述靶细胞。
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