CN103439242B

CN103439242B - 一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法

Info

Publication number: CN103439242B
Application number: CN201310404958.2A
Authority: CN
Inventors: 詹求强; 刘静; 赵宇翔
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103439242A

Abstract

本发明公开了一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法，该系统包括探测装置、光镊装置、微流芯片、电动载物台、物镜。该方法是利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记，得到具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及没有标记的正常细胞，然后对所有细胞进行激光扫描，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞在近红外波段激光诱导下发射上转换光，探测器一旦检测到此上转换荧光信号，就通过光镊技术将此细胞筛选出来，最终实现问题细胞的检测、计数和分离。本发明降低了成本同时提高了所测信号的信噪比，有着极大的技术发展应用空间和广阔的市场前景，适用于基于微流控芯片的癌细胞诊断和操纵等结构微型化器件。

Description

一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法

技术领域

本发明属于纳米光子学、生物光子学及生物医学检测等交叉技术领域，具体涉及一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法。

背景技术

纳米生物光子学是近些年新兴的交叉领域学科，其将光学方法中无损、快速、实时探测的优势应用于生命科学及医学领域，同时结合纳米材料技术，对于解决一些传统生命科学的难题有其天然的优越性。在癌细胞检测、筛选、研究领域，传统的拉曼系统常采用两束不同激光，一束激光用来激发荧光检测癌细胞，另一束激光则作为光镊在检测结束后对癌细胞进行筛选。这些方法一方面使用拉曼方法检测信号微弱，还有很大程度的背景荧光干扰；另一方面，双光路系统对搭建要求较高，成本较高，细胞检测及操作时间也较长。这两大缺点在一定程度上制约了癌细胞检测控制系统的发展。

近年来，上转换发光纳米材料以其特殊的性能和广泛的用途成为研究的焦点，在固体激光、太阳能电池、光动力治疗、三维显示，特别是作为生物标记探针，在荧光成像方面有很大的潜在应用价值。与传统的有机染料和半导体量子点相比，上转换发光纳米材料具有特殊的发光性质，即能吸收两个或多个低能光子而辐射一个高能光子，通常是将近红外光转换成可见光。它作为生物标记的纳米探针有许多优点，如窄带发射、高信噪比、抗光漂白、低细胞毒性等，同时采用近红外激发可以减少对生物样品的损伤。而光镊技术是近二十年发展起来的新的激光显微操纵与测量技术，它具有不接触、无污染、作用力均匀、对生物体无损伤等独特优点，在生物医学、材料科学、物理学、化学等领域有广泛的应用。

因此，如何将这些最新的技术应用于癌细胞检测系统具有极大的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，该系统具有结构简单、成本低、效率高以及速度快的优点。

本发明还提供了一种基于上述系统的单光束生物细胞检测及筛选的微流控方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，包括探测装置、光镊装置、微流芯片、电动载物台、物镜，微流芯片放置于电动载物台上，微流芯片上设有微流通道，微流通道内流动的细胞包括具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及正常细胞；物镜设置在微流芯片的上方，光镊装置将近红外波段激光通过物镜照射在微流通道内的细胞上，利用近红外波段激光作为光镊的光压势阱控制住当前细胞；探测装置通过物镜采集当前细胞所反射光信号，如果判断此光信号是上转换荧光信号，则将当前细胞通过问题细胞排出通道排出，如果判断是激发光信号，则将当前细胞通过正常细胞排出通道排出。本发明采用上转换发光纳米材料对细胞进行标记，采用近红外波段激光的光镊作用实现对问题细胞和正常细胞的筛选，大大简化了系统的搭建，降低了成本，提高了系统稳定性。

优选的，所述微流控系统还包括电机控制装置和电机，所述微流芯片与电机连接，探测装置与电机控制装置相连，根据当前细胞所反射光信号的不同，探测装置通过电机控制装置控制微流芯片在电动载物台上平移。从而实现问题细胞和正常细胞在筛选后分别流出。

具体的，所述微流芯片以标准载玻片玻璃为基底，所述微流通道刻蚀在此基底上，微流通道包括标记段、缓冲段、分流段，上转换发光纳米探针与待检测细胞分别通过入口进入标记段内进行混合，在问题细胞上进行上转换发光纳米探针标记，然后进入缓冲段，在缓冲段开始端还设有一用于细胞缓冲液流入的入口，在细胞缓冲液作用下，细胞逐个在微流通道中缓慢移动直到分流段；分流段分为两段，一段是具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道，一段是正常细胞的排出通道，分流段和缓冲段相交处的上方设有物镜。

更进一步的，所述标记段上的微流通道为蛇形弯曲通道。采用这种通道可以增加上转换发光纳米探针与待检测细胞的作用时间，使问题细胞均能够得到上转换发光纳米探针标记，从而提高筛选的准确度。

更进一步的，所述缓冲段中的起始段为一使细胞单个通过的窄通道。从而不仅通过缓冲液这一介质减慢速度，同时也通过结构来限制细胞单行通过，以便后面的筛选。

更进一步的，所述分流段中，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道在物镜下方，其通道的轴线与物镜的光轴平行，正常细胞的排出通道与微流通道中的缓冲段末端同轴。采用这种结构可以使微流通道加工更简单，安装定位也更容易。

更进一步的，所述微流通道上各出入口的开闭均通过压电阀实现。微流通道经过预处理后由压电阀控制其液流流向及速度，使流动平稳且速度控制更精确。

优选的，所述微流通道采用玻璃键合的方法密封。

作为一种优选方式，所述光镊装置包括半导体激光器、扩束透镜、光束整形透镜、和二色镜，其中二色镜特性为近红外反射、可见光透过，所述半导体激光器产生的稳态激光束依次通过扩束透镜、光束整形透镜和二色镜，二色镜与该激光束成45度角放置，在垂直于该激光束且通过二色镜光轴的方向上，物镜同轴放置在二色镜下方，二色镜使激光束偏转90度，经过物镜会聚在物镜的焦点上；所述探测装置包括滤光片和探测器，在垂直于激光束且通过二色镜光轴的方向上，同轴放置在二色镜上方。

作为另一种优选方式，所述光镊装置包括半导体激光器、扩束透镜、光束整形透镜和第一二色镜，其中第一二色镜特性为近红外反射、可见光透过，所述半导体激光器产生的稳态激光束依次通过扩束透镜、光束整形透镜和第一二色镜，第一二色镜与该激光束成45度角放置，在垂直于该激光束且通过第一二色镜光轴的方向上，物镜同轴放置在第一二色镜下方，第一二色镜使激光束偏转90度，经过物镜会聚在物镜的焦点上；所述探测装置包括第二二色镜，第二二色镜同轴放置于第一二色镜的上方，沿光束光轴方向依次设有聚焦透镜、探测针孔、光栅和光电探测器。

一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控方法，利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记，得到具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及没有标记的正常细胞，然后对所有细胞进行激光扫描，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞在近红外波段激光诱导下发射上转换光，探测器一旦检测到此上转换荧光信号，就通过光镊技术将此细胞筛选出来。待测细胞在输入系统中后，经过上述微流控方法进行筛选，将待测细胞分为问题细胞和正常细胞，由于光镊技术以及缓冲液的作用，细胞更容易计数，通过对细胞计数，可以进一步得到问题细胞所占的比例等信息，从而便于后面的数据分析和统计。

优选的，所述近红外波段激光的波长为910-1000纳米。这个波段的光为近红外光，是生物窗口，对生物样品无害，且穿透深度大。

具体的，所述利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记的方法是：将上转换发光纳米颗粒进行生物修饰，根据所需探测的问题细胞类型，在其表面修饰相应的生物抗体分子；然后将含有不同种类的待测细胞样品和修饰好的上转换发光纳米探针分别从微流通道的两个入口流入，在微流通道中混合，使待测细胞样品中的问题细胞与该纳米探针结合。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明将具有特殊光学特性的上转换发光纳米材料对待测目标中问题细胞进行标记，采用近红外波段激光诱导上转换发光的方法通过激光扫描光学探测手段进行问题细胞的探测，降低了细胞毒性，抗光漂白，并且成像信噪比更高。这一基于上转换发光纳米探针的单光束技术为制作出低成本、高效率、快速实时的问题细胞检测、筛选及计数分析系统提供了可能。本发明降低了成本同时提高了所测信号的信噪比，有着极大的技术发展应用空间和广阔的市场前景，适用于基于微流控芯片的问题细胞诊断和操纵等结构微型化器件。

2、本发明采用单个半导体激光器同时作为激发光源和光镊操作光束，为单光束系统，大大简化了系统的搭建，因此光路简单、价格低廉、系统搭建简单、易稳定控制。

3、由于细胞中的内源荧光物质和常用的有机荧光染料不能被稳态近红外激光器激发，本发明消除了细胞自发荧光和有机荧光染料发光等背景荧光的干扰，是一种高灵敏度的成像技术。

4、由于上转换发光纳米探针在近红外激光激发下几乎不会被光漂白，对生物样品的损伤很小，因此本发明能对问题细胞进行较长时间的检测和光控。

附图说明

图1是本实施例1中上转换纳米颗粒合成进行修饰的示意图。

图2是本实施例1的系统结构示意图。

图3是本实施例1中转换发光纳米探针与癌细胞结合示意图。

图4是本实施例2的系统结构示意图。

其中，1—上转换纳米颗粒探针；2—未经过任何标记修饰的待测细胞中的正常细胞；3—未经过任何标记修饰的待测细胞中的癌细胞；4—标记有上转换纳米颗粒探针的癌细胞；5—细胞缓冲液；6—微流通道；7—半导体激光器；8—扩束透镜；9—光束整形透镜；10—照明针孔；11—第一二色镜；12—物镜；13—癌细胞排出通道；14—第二二色镜；15—聚焦透镜；16—探测针孔；17—光栅；18—光电探测器；19—电机；20—二色镜；21—滤光片；22—电机控制装置；23—微流芯片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例中问题细胞为子宫颈癌HeLa细胞，在进行筛选前需要准备上转换发光纳米探针，转换过程如图1所示，其中，A为包裹有油酸的上转换纳米颗粒核结构；B为5-巯基琥珀酸（MSA）；C为5-巯基琥珀酸（MSA）包裹后的上转换纳米颗粒；D为聚丙烯胺盐酸盐（PAH）；E为PAH-MSA-UCNPs；F为CAE8抗体；G为完成抗体修饰的上转换发光纳米探针。首先，合成小于10纳米大小的上转换纳米核壳颗粒结构。具体是使用三氯化钇（YCl₃），三氯化镱（YbCl₃），和三氯化铒（ErCl₃）粉末，油酸（OA），油胺(OM)，和1-十八烯（ODE）搅拌溶液并置于真空加热至110℃维持1小时。然后加入油酸钠（NaOL）粉末和无水NH₄F并在310℃下通N₂搅拌0.5—1小时，然后移开热源在空气流中快速冷却降温到75℃，在反应溶液中加入无水乙醇来沉淀氟钇化钠20%镱掺杂，2%铒掺杂（NaYF₄:20%Yb,2%Er）纳米颗粒并转移到离心管中将它冷却到室温，之后在3000G下离心2-3分钟。如此至少洗两次。然后形成包裹壳层结构，具体是：YCl₃在油酸和ODE中在110℃下加热1小时，将溶液冷却至60℃,然后加入之前储存在己烷中的上转换纳米颗粒溶液。减压排出己烷，再加入NH₄F和油酸钠后溶液冷却到室温。然后将溶液加热到280℃保持30分钟,迅速冷却,当温度低于75℃时加入10毫升的乙醇，如上步骤洗涤。得到纳米颗粒A，即包裹有油酸的上转换纳米颗粒核结构。然后进行表面抗体蛋白修饰，具体是：取200微升的NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺氯仿中的溶液，及120毫克的5-巯基琥珀酸（MSA）（图1中标号为B）加入2毫升的去离子水和8mL的氯仿混合。混合物室温下搅拌静置一夜，然后用无水乙醇和水洗过两次后得到水溶性的MSA-UCNPs（图1中标号为C）。再取200微升的聚丙烯胺盐酸盐（PAH）（图1中标号为D）的溶液和10毫升的氯化钠（NaCl）溶液加入到之前的MSA-UCNP水溶液中。然后混合溶液漩涡3分钟，3小时离心两次得纳米颗粒（图1中标号为E）。将其再次溶解在磷酸盐缓冲液（PBS）溶液中，取10微升与待测细胞中癌细胞对应的抗体（图1中标号为F）。溶液（0.5毫克/毫升）加入到之前合成的PAH-MSA-UCNPs溶液中，室温下静置1小时，然后离心除去没有结合的抗体分子即得到此系统中用于相应癌细胞探测的上转换发光纳米探针G。

如图2所示，本实施例所述一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，该系统包括探测装置、光镊装置、微流芯片、电动载物台、物镜、电机控制装置和电机，微流芯片放置于电动载物台上，微流芯片上设有微流通道。微流通道用于将上转换发光纳米探针和待测细胞进行混合，得到具有上转换发光纳米探针标记的癌细胞以及正常细胞。物镜12设置在微流芯片的上方，光镊装置将近红外波段激光通过物镜12照射在微流通道内的细胞上，利用近红外波段激光作为光镊的光压势阱控制住当前细胞。探测装置通过物镜采集当前细胞所反射光信号，如果判断此光信号是上转换荧光信号，则探测装置输出信号到电机控制装置，电机控制装置控制电机旋转，电机转轴与微流芯片连接，随着电机旋转，实现微流芯片在电动载物台上平移，进而将当前细胞通过癌细胞排出通道排出，如果判断是激发光信号，则将当前细胞通过正常细胞排出通道排出。

如图2所示，所述微流芯片以标准载玻片玻璃为基底，微流通道6刻蚀在此基底上，大小为100微米宽、50微米深、50厘米长，微流通道采用玻璃键合的方法密封。微流通道6包括依次连接的标记段、缓冲段、分流段，有5处开孔，分别是待测细胞输入口、上转换发光纳米探针输入口、细胞缓冲液输入口、癌细胞排出口以及正常细胞的排出口。这些出入口的开闭均通过压电阀实现。具体工作过程是：未经过任何标记修饰的待测细胞（如图中2和3，这里假设2为正常细胞，3为癌细胞）及已经合成的上转换发光纳米探针1分别从微流通道两个入口加入微流通道中的标记段，两个入口通道大小为50微米宽、50微米深、5厘米长，标记段处的微流通道为约30厘米的蛇形弯曲通道，待其充分反应得到标记有上转换发光纳米探针的癌细胞4。然后通过缓冲段开始端的入口通道（50微米宽、50微米深、5厘米长）在微流通道中加入细胞缓冲液5，缓冲段中的起始段为一使细胞单个通过的窄通道（30微米宽、50微米深、约2厘米长），通过这一窄通道以及压电阀的作用，使细胞逐个在微流通道6中缓慢流动。分流段分为两段，一段是具有上转换发光纳米探针标记的癌细胞排出通道13（50微米宽、50微米深、5厘米长），该通道在物镜12下方，通道13的轴线与物镜12的光轴平行，一段是正常细胞的排出通道，分流段和缓冲段相交处的上方设有物镜。

本实施例中物镜、光镊装置、探测装置共同组成了一显微镜光学探测装置。其中光镊装置包括半导体激光器7、扩束透镜8、光束整形透镜9、照明针孔10和第一二色镜11，打开半导体激光器7，使其产生的稳态激光束依次经过扩束透镜8、光束整形透镜9后成为一束较大的平行光束，然后再通过照明针孔10，第一二色镜11与激光光束成45度角放置，使光束偏转90度，经过物镜12会聚在物镜的焦点上。在第一二色镜11上方与激光束垂直的光轴方向上，同轴的放置有第二二色镜14，沿光束光轴方向有聚焦透镜15、探测针孔16、光栅17和与计算机连接的光电探测器18。上述部件共同构成探测装置。该装置通过光栅分光的方式选择一定波长范围的信号由光电探测器18接收显示在计算机上，进行图像的存储和下一步控制，例如通过控制电机控制装置和电机19实现微流芯片在电动载物台上的平移。

本实施例一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控方法是：利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记，得到具有上转换发光纳米探针标记的癌细胞以及没有标记的正常细胞，然后对所有细胞进行激光扫描，具有上转换发光纳米探针标记的癌细胞在近红外波段（波长为910-1000纳米）激光诱导下发射上转换光，探测器一旦检测到此上转换荧光信号，就通过光镊技术将癌细胞筛选出来。

如图3所示，为上转换纳米颗粒与癌细胞结合的示意图，被修饰了抗体的上转换纳米颗粒与癌细胞进行特异性结合，其中P为向微流通道1中加入的上转换纳米探针和待测细胞，X为待测癌细胞上的抗原，Y为癌细胞，Z为具有特定抗体修饰的上转换纳米探针。上转换发光纳米探针与癌细胞结合的过程如下：将待测细胞样品和修饰好的上转换发光纳米探针分别从微流通道的两个入口流入，在微流通道中混合，使待测细胞样品中的问题细胞与该纳米探针结合。

如图2所示本实例的工作过程是：将未经过任何标记修饰的待测细胞（2和3）及已经合成的上转换发光纳米探针1分别从微流通道两个入口加入微流通道6中，并使其缓慢进入微流通道。由于合成的上转换纳米颗粒表面修饰有子宫颈癌HeLa细胞的抗体蛋白，这些经过特定抗体蛋白修饰的上转换发光纳米探针可以连接并附着在子宫颈癌HeLa细胞表面，先使溶液充满微流通道，在微流通道中反应一段时间。随后用清水冲洗微流通道一次，以去除多余的未连接的上转换纳米探针。之后将配置好的细胞缓冲液5（磷酸盐缓冲液PBS）从缓冲液池入口加入与待测细胞混合，清洗待测细胞，减小背景荧光，开启微通道连接的压电阀控制其流速，并利用缓冲段起始端的一小段窄口通道，保持待测细胞一个一个的排列缓慢通过主通道。将完成反应的微流芯片置于电动载物台，开启半导体激光光源7（中心波长975纳米），功率约5微瓦，发出的激光束经过扩束透镜8和光束整形透镜9，变成一束直径较大的平行光束，通过照明针孔10后，经过第一二色镜11（反射波长大于850纳米的光，透过波长小于850纳米的光）反射使光束偏转90度，经过高倍物镜12会聚在焦点上，使其聚焦在微流通道癌细胞排出口中心位置，在实际光路中，除了要保证物镜后瞳被光束充满，还需要考虑下列情况：阱位与焦点位置并不一致。为了保证被捕获的微粒能够清晰成像到观测平面上，激光束经过物镜后的会聚点应适当偏离物平面，而使阱位落在物平面上。然后对待测细胞用光镊控制，同时该975纳米的激发光可以激发标记在子宫颈癌HeLa细胞上的上转换发光纳米探针产生上转换发光，该荧光经过物镜12收集依次通过第一二色镜11和第二二色镜14（这块二色镜可以和11正好相反，<850nm反射，>850透射（过滤激发光源））后偏折45度，然后依次通过聚焦透镜15、探测针孔16和光栅17，最后由连接有计算机的探测器18接收，计算机记录图像存储并且计数一次，若发现荧光光谱图像为预期上转换发光光谱图像，则计算机通过控制电机控制装置驱动电机19运作，使微流芯片在电动载物台上做微移动，此时可通过该移动实现将光控下的癌细胞移离主通道进入癌细胞排出通道13，然后光束释放该细胞，使其流入癌细胞池，再次移动微流芯片使其复位，并且计数一次，使待测细胞再次流过近红外激发光的物镜焦点处，重复进行下一次检测。

实施例2

本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：如图4所示，本实施例中光镊装置包括半导体激光器7、扩束透镜8、光束整形透镜9和二色镜20，其中二色镜20特性为近红外反射、可见光透过，所述半导体激光器7产生的稳态激光束依次通过扩束透镜8、光束整形透镜9和二色镜20，二色镜20与该激光束成45度角放置，在垂直于该激光束且通过二色镜20光轴的方向上，物镜12同轴放置在二色镜20下方，二色镜20使激光束偏转90度，经过物镜12会聚在物镜的焦点上；所述探测装置包括滤光片21和探测器18，在垂直于激光束且通过二色镜20光轴的方向上，同轴放置在二色镜20上方。

其光学探测装置工作过程是：半导体激光器7（中心波长≥910纳米）产生的稳态激光束经过扩束透镜8和光束整形透镜9，变成一束较大的平行光束，二色镜20（近红外反射，可见光透过）使光束偏转90度，经过物镜12会聚在物镜的焦点上，待测细胞在微流通道6中逐一缓慢流过激发光焦点处，该激发光利用其作为光镊的光压势阱控制住该癌细胞，微流通道中具有上转换发光纳米探针标记的癌细胞在该910纳米至1000纳米激光的激发下发射上转换光，其中一部分上转换荧光信号通过物镜12收集转换成平行光束，通过该二色镜20（近红外反射，可见光透过），再通过滤光片21，即可获得一定波长范围的光学信号，然后能够被光电探测器18接收。光电探测器18收到信号，经分析后若为预判的上转换荧光信号，光电探测器18会立刻发出信号给电机控制装置，电机控制装置驱动电机运作，使微流芯片23发生侧向微移，癌细胞在近红外激光光镊控制下通过微流芯片23的移动进入癌细胞排出通道，激光释放癌细胞，并且计数一次。若分析为激发光信号，则细胞沿原微流通道继续前进，在前方被收集。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，包括探测装置、光镊装置、微流芯片、电动载物台、物镜，微流芯片放置于电动载物台上，微流芯片上设有微流通道，微流通道内流动的细胞包括具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及正常细胞；物镜设置在微流芯片的上方，光镊装置将近红外波段激光通过物镜照射在微流通道内的细胞上，利用近红外波段激光作为光镊的光压势阱控制住当前细胞；探测装置通过物镜采集当前细胞所反射光信号，如果判断此光信号是上转换荧光信号，则将当前细胞通过问题细胞排出通道排出，如果判断是激发光信号，则将当前细胞通过正常细胞排出通道排出；

所述微流芯片以标准载玻片玻璃为基底，所述微流通道刻蚀在此基底上，微流通道包括标记段、缓冲段、分流段，上转换发光纳米探针与待检测细胞分别通过入口进入标记段内进行混合，在问题细胞上进行上转换发光纳米探针标记，然后进入缓冲段，在缓冲段开始端还设有一用于细胞缓冲液流入的入口，在细胞缓冲液作用下，细胞逐个在微流通道中缓慢移动直到分流段；分流段分为两段，一段是具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道，一段是正常细胞的排出通道，分流段和缓冲段相交处的上方设有物镜。

2.根据权利要求1所述的单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，所述微流控系统还包括电机控制装置和电机，所述微流芯片与电机连接，探测装置与电机控制装置相连，根据当前细胞所反射光信号的不同，探测装置通过电机控制装置控制微流芯片在电动载物台上平移。

3.根据权利要求1所述的单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，所述标记段上的微流通道为蛇形弯曲通道；

所述缓冲段中的起始段为一使细胞单个通过的窄通道；

所述分流段中，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道在物镜下方，其通道的轴线与物镜的光轴平行，正常细胞的排出通道与微流通道中的缓冲段末端同轴。

4.根据权利要求3所述的单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，所述微流通道上各出入口的开闭均通过压电阀实现；

所述微流通道采用玻璃键合的方法密封。

5.根据权利要求1所述的单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，所述光镊装置包括半导体激光器、扩束透镜、光束整形透镜和二色镜，其中二色镜特性为近红外反射、可见光透过，所述半导体激光器产生的稳态激光束依次通过扩束透镜、光束整形透镜和二色镜，二色镜与该激光束成45度角放置，在垂直于该激光束且通过二色镜光轴的方向上，物镜同轴放置在二色镜下方，二色镜使激光束偏转90度，经过物镜会聚在物镜的焦点上；所述探测装置包括滤光片和探测器，在垂直于激光束且通过二色镜光轴的方向上，同轴放置在二色镜上方。

6.根据权利要求1所述的单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，其特征在于，所述光镊装置包括半导体激光器、扩束透镜、光束整形透镜和第一二色镜，其中第一二色镜特性为近红外反射、可见光透过，所述半导体激光器产生的稳态激光束依次通过扩束透镜、光束整形透镜和第一二色镜，第一二色镜与该激光束成45度角放置，在垂直于该激光束且通过第一二色镜光轴的方向上，物镜同轴放置在第一二色镜下方，第一二色镜使激光束偏转90度，经过物镜会聚在物镜的焦点上；所述探测装置包括第二二色镜，第二二色镜同轴放置于第一二色镜的上方，沿光束光轴方向依次设有聚焦透镜、探测针孔、光栅和光电探测器。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统的微流控方法，其特征在于，利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记，得到具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及没有标记的正常细胞，然后对所有细胞进行激光扫描，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞在近红外波段激光诱导下发射上转换荧光，探测器一旦检测到此上转换荧光信号，就通过光镊技术将此细胞筛选出来。

8.根据权利要求7所述的微流控方法，其特征在于，所述近红外波段激光的波长为910-1000纳米。

9.根据权利要求8所述的微流控方法，其特征在于，所述利用上转换发光纳米材料对待测细胞进行标记的方法是：将上转换发光纳米颗粒进行生物修饰，根据所需探测的问题细胞类型，在其表面修饰相应的生物抗体分子；然后将含有不同种类的待测细胞样品和修饰好的上转换发光纳米探针分别从微流通道的两个入口流入，在微流通道中混合，使待测细胞样品中的问题细胞与该纳米探针结合。