CN105062887A - 一种细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置 - Google Patents

一种细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置，分选芯片包括液体管路，所述液体管路呈渐开线的形状，所述液体管路包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第三端口位于所述渐开线的最内端，所述第四端口位于所述渐开线的最外端，所述第一端口和第二端口均在所述第三端口与第四端口之间，且所述第一端口比第二端口更靠近所述第三端口，所述第二端口用于连接待分选细胞溶液，所述第一端口用于连接冲洗液，所述第三端口用于收集目标细胞，所述第四端口用于收集残留液体。本发明结构简单，高效可靠，适合连续、大容量磁性细胞分离；装置集成目标细胞冲洗功能，实现分选、冲洗一次完成，可实现高质量的连续细胞分选。

Description

一种细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置
【技术领域】
本发明涉及一种细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置。
【背景技术】
磁性材料通过生物技术可以与靶细胞特异性结合，利用磁标记的靶细胞的磁性，用电磁方法分选出高度特异性的靶细胞(目标细胞),是细胞医疗和细胞科研活动的关键性步骤。现有的细胞分选方案和细胞分选装置存在着操作较复杂、分选效率低、分选纯度不高等弊端。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构更加简单、效果更佳的细胞磁分选芯片及细胞磁分选装置。
一种细胞磁分选芯片，包括液体管路，所述液体管路呈渐开线的形状，所述液体管路包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第三端口位于所述渐开线的最内端，所述第四端口位于所述渐开线的最外端，所述第一端口和第二端口均在所述第三端口与第四端口之间，且所述第一端口比第二端口更靠近所述第三端口，所述第二端口用于连接待分选细胞溶液，所述第一端口用于连接冲洗液，所述第三端口用于收集目标细胞，所述第四端口用于收集残留液体。
本发明还提供了一种细胞磁分选装置，包括所述的细胞磁分选芯片，还包括旋转磁场发生器，所述旋转磁场发生器用于对所述细胞磁分选芯片施加运动方向与所述渐开线的展开方向相反的磁场。
在一个实施例中，从所述第二端口注入的待分选细胞溶液的速度小于从所述第一端口注入的冲洗液流到第四端口的速度，所述待分选细胞溶液含有磁标记细胞和未用磁标记细胞。
在一个实施例中，还包括待分选细胞溶液源、冲洗液源、细胞溶液恒流注射泵系统、冲洗液恒流注射泵系统，所述细胞溶液恒流注射泵系统的入口与所述待分选细胞溶液源连接、且出口与所述第二端口连接，所述冲洗液恒流注射泵系统的入口与所述冲洗液源连接、且出口与所述第一端口连接。
在一个实施例中，所述细胞溶液恒流注射泵系统包括：细胞溶液第一柱塞泵、细胞溶液第二柱塞泵、细胞溶液第一单向阀、细胞溶液第二单向阀、细胞溶液第三单向阀、细胞溶液第四单向阀、细胞溶液出液管和细胞溶液进液管，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口分别与细胞溶液第一单向阀的入口和细胞溶液第二单向阀的出口连接，所述细胞溶液第一单向阀的出口与所述细胞溶液出液管连接，所述细胞溶液进液管分别与所述细胞溶液第二单向阀的入口和所述细胞溶液第三单向阀的入口连接，所述细胞溶液第二柱塞泵的出口分别与所述细胞溶液第三单向阀的出口和细胞溶液第四单向阀的入口连接，所述细胞溶液第四单向阀的出口与所述细胞溶液出液管连接。
在一个实施例中，在设定时间段内，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口流出的液体速度与所述细胞溶液第二柱塞泵的出口流出的液体速度之和为第一设定速度。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口流出的液体速度线性减小，所述细胞溶液第二柱塞泵的出口流出的液体速度线性增加。
在一个实施例中，包括冲洗液第一柱塞泵、冲洗液第二柱塞泵、冲洗液第一单向阀、冲洗液第二单向阀、冲洗液第三单向阀、冲洗液第四单向阀、冲洗液出液管和冲洗液进液管，所述冲洗液第一柱塞泵的出口分别与冲洗液第一单向阀的入口和冲洗液第二单向阀的出口连接，所述冲洗液第一单向阀的出口与所述冲洗液出液管连接，所述冲洗液进液管分别与所述冲洗液第二单向阀的入口和所述冲洗液第三单向阀的入口连接，所述冲洗液第二柱塞泵的出口分别与所述冲洗液第三单向阀的出口和冲洗液第四单向阀的入口连接，所述冲洗液第四单向阀的出口与所述冲洗液出液管连接。
在一个实施例中，在设定时间段内，所述冲洗液第一柱塞泵的出口流出的液体速度与所述冲洗液第二柱塞泵的出口流出的液体速度之和为第一设定速度。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述冲洗液第一柱塞泵的出口流出的液体速度线性减小，所述冲洗液第二柱塞泵的出口流出的液体速度线性增加。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，高效可靠，适合连续、大容量磁性细胞分离；装置集成目标细胞冲洗功能，实现分选、冲洗一次完成，可实现高质量的连续细胞分选。
本发明分选处在密闭的管道中进行，细胞溶液驱动装置、冲洗液驱动装置、磁分选芯片、连接管路、相关容器可以全部为一次性使用设计，能避免环境因素对操作过程的污染，可获得高数量和高纯度的分选细胞产品，有利于分选临床级别的细胞制品。
【附图说明】
图1是本发明一种实施例的细胞磁分选装置的结构示意图；
图2是图1中的细胞磁分选芯片的结构示意图；
图3是图1中的旋转磁场发生器的结构示意图；
图4是图2和图3的组装示意图；
图5是图2的细胞磁分选芯片的结构示意图；
图6是图5的细胞磁分选芯片的等效结构示意图；
图7是图1的恒流注射泵系统的结构示意图；
图8是图7的恒流注射泵系统的流速示意图。
【具体实施方式】
以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
如图1至8所示，一种细胞磁分选装置，包括待分选细胞溶液源103、细胞溶液恒流注射泵系统106、细胞磁分选芯片101、旋转磁场发生器(端面旋转磁场发生器)112、冲洗液恒流注射泵系统111、冲洗液源108、残留液体收集容器104、目标细胞收集容器109。
细胞溶液恒流注射泵系统106用于，驱动待分选的含有磁性标记的目标细胞(目标磁性细胞)的细胞溶液进入细胞磁分选芯片101；冲洗液恒流注射泵系统111用于，驱动冲洗液进入细胞磁分选芯片101，使冲洗液冲洗目标磁性细胞，去除未经过磁性标记的细胞；细胞磁分选芯片101用于，在磁场和磁性细胞的磁性作用力和冲洗液的流体动力下，目标磁性细胞被分选和冲洗；旋转磁场发生器112用于，产生旋转磁场拖动细胞磁分选芯片101中的目标磁性细胞进入目标细胞收集容器109。
细胞溶液恒流注射泵系统106可以包括：第一柱塞泵11、第二柱塞泵14、第一单向阀16、第二单向阀17、第三单向阀18、第四单向阀19、出液管20和进液管21，所述第一柱塞泵11的出口12分别与第一单向阀16的入口和第二单向阀17的出口连接，所述第一单向阀16的出口与所述出液管20连接，所述进液管21分别与所述第二单向阀17的入口和所述第三单向阀18的入口连接，所述第二柱塞泵14的出口15分别与所述第三单向阀18的出口和第四单向阀19的入口连接，所述第四单向阀19的出口与所述出液管20连接。在细胞溶液恒流注射泵系统106中，进液管21为管路105，出液管20为管路102。
如图7所示，第一柱塞10向右运动挤压其内的液体时，第一柱塞泵11的出口泵出液体，第一柱塞10向左运动时第一柱塞泵11的出口流入液体(吸取液体)。第二柱塞13的工作原理相同。在一个实施例中，在设定时间段内(例如在S2时间段内)，所述第一柱塞泵11的出口流出的液体速度与所述第二柱塞泵14的出口流出的液体速度之和为第一设定速度，从而保证了出液管20流出的液体的速度是恒速的。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述第一柱塞泵11的出口流出的液体速度线性减小，而所述第二柱塞泵14的出口流出的液体速度线性增加，这样同样可以保证出液管20流出的液体的速度是恒速的，且线性变化的速度容易实现。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述第一柱塞泵11的出口流出的液体速度线性增加，而所述第二柱塞泵14的出口流出的液体速度线性减小，从而，第一柱塞泵11和第二柱塞泵14交替吸取、注射液体，使液体流速恒流并流速可调。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述第一柱塞泵11的出口流出的液体速度线性增加至所述第一设定速度，接着维持所述设定速度，然后线性减小。
在一个实施例中，在所述设定时间段的某一段时间内，所述第二柱塞泵14的出口流出的液体速度线性增加至所述第一设定速度，接着维持所述设定速度，然后线性减小。
在一个实施例中，所述第一柱塞泵11的出口流出的液体速度线性减小至零后，液体以第二设定速度从所述第一柱塞泵的出口流入所述第一柱塞泵11，从而实现第一柱塞泵11吸取液体。
在一个实施例中，所述第二柱塞泵14的出口流出的液体速度线性减小至零后，液体以第二设定速度从所述第二柱塞泵的出口流入所述第二柱塞泵14。
冲洗液恒流注射泵系统111可以采用相同的泵系统，图7为冲洗液恒流注射泵系统111时，进液管21为管线110，出液管20为管线107。
如图1、2、5和6所示，一种实施例的细胞磁分选芯片101，包括液体管路1011，所述液体管路呈渐开线的形状，所述液体管路1011包括第一端口1、第二端口2、第三端口3和第四端口4，所述第三端口3位于所述渐开线的最内端，所述第四端口4位于所述渐开线的最外端，所述第一端口1和第二端口2均在所述第三端口3与第四端口4之间，且所述第一端口1比第二端口2更靠近所述第三端口3，所述第二端口2通过管路105连接待分选细胞溶液源103，所述第一端口1通过管路110连接冲洗液源108，所述第三端口3连接目标细胞收集容器109，所述第四端口4连接残留液体收集容器104。
如图1、5和6所示，其中图6是图5的等效原理图，图5和6中，实心圆点表示磁标记细胞，空心圆点表示未用磁标记细胞。第一端口1连接冲洗液源108，形成两条流路：第一端口1至第四端口4的冲洗液流路，以及第一端口1至第三端口3的流路；第二端口2注入待分选细胞溶液，且待分选细胞液流速小于第一端口1至第四端口4的冲洗液流速。
当旋转磁场发生器112产生的旋转磁场的旋转方向与渐开线展开方向相反时，该旋转磁场施加于渐开线液体管路1011上时，磁场会拖动目标磁性细胞由外向内(从第四端口4到第三端口3方向，逆冲洗液流速方向)运动，防止目标磁性细胞经由第四端口4流失，并实现目标磁性细胞冲洗；当目标磁性细胞在旋转磁场拖动下经过第一端口1后，磁性细胞被第一端口1至第三端口3的冲洗液收集至目标细胞收集容器109，完成细胞分选流程。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种细胞磁分选芯片，其特征是，包括液体管路，所述液体管路呈渐开线的形状，所述液体管路包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第三端口位于所述渐开线的最内端，所述第四端口位于所述渐开线的最外端，所述第一端口和第二端口均在所述第三端口与第四端口之间，且所述第一端口比第二端口更靠近所述第三端口，所述第二端口用于连接待分选细胞溶液，所述第一端口用于连接冲洗液，所述第三端口用于收集目标细胞，所述第四端口用于收集残留液体。
2.一种细胞磁分选装置，其特征是，包括如权利要求1所述的细胞磁分选芯片，还包括旋转磁场发生器，所述旋转磁场发生器用于对所述细胞磁分选芯片施加运动方向与所述渐开线的展开方向相反的磁场。
3.如权利要求2所述的细胞磁分选装置，其特征是，从所述第二端口注入的待分选细胞溶液的速度小于从所述第一端口注入的冲洗液流到第四端口的速度，所述待分选细胞溶液含有磁标记细胞和未用磁标记细胞。
4.如权利要求2所述的细胞磁分选装置，其特征是，还包括待分选细胞溶液源、冲洗液源、细胞溶液恒流注射泵系统、冲洗液恒流注射泵系统，所述细胞溶液恒流注射泵系统的入口与所述待分选细胞溶液源连接、且出口与所述第二端口连接，所述冲洗液恒流注射泵系统的入口与所述冲洗液源连接、且出口与所述第一端口连接。
5.如权利要求4所述的细胞磁分选装置，其特征是，所述细胞溶液恒流注射泵系统包括：细胞溶液第一柱塞泵、细胞溶液第二柱塞泵、细胞溶液第一单向阀、细胞溶液第二单向阀、细胞溶液第三单向阀、细胞溶液第四单向阀、细胞溶液出液管和细胞溶液进液管，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口分别与细胞溶液第一单向阀的入口和细胞溶液第二单向阀的出口连接，所述细胞溶液第一单向阀的出口与所述细胞溶液出液管连接，所述细胞溶液进液管分别与所述细胞溶液第二单向阀的入口和所述细胞溶液第三单向阀的入口连接，所述细胞溶液第二柱塞泵的出口分别与所述细胞溶液第三单向阀的出口和细胞溶液第四单向阀的入口连接，所述细胞溶液第四单向阀的出口与所述细胞溶液出液管连接。
6.如权利要求5所述的细胞磁分选装置，其特征是，在设定时间段内，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口流出的液体速度与所述细胞溶液第二柱塞泵的出口流出的液体速度之和为第一设定速度。
7.如权利要求5所述的细胞磁分选装置，其特征是，在所述设定时间段的某一段时间内，所述细胞溶液第一柱塞泵的出口流出的液体速度线性减小，所述细胞溶液第二柱塞泵的出口流出的液体速度线性增加。
8.如权利要求4所述的细胞磁分选装置，其特征是，包括冲洗液第一柱塞泵、冲洗液第二柱塞泵、冲洗液第一单向阀、冲洗液第二单向阀、冲洗液第三单向阀、冲洗液第四单向阀、冲洗液出液管和冲洗液进液管，所述冲洗液第一柱塞泵的出口分别与冲洗液第一单向阀的入口和冲洗液第二单向阀的出口连接，所述冲洗液第一单向阀的出口与所述冲洗液出液管连接，所述冲洗液进液管分别与所述冲洗液第二单向阀的入口和所述冲洗液第三单向阀的入口连接，所述冲洗液第二柱塞泵的出口分别与所述冲洗液第三单向阀的出口和冲洗液第四单向阀的入口连接，所述冲洗液第四单向阀的出口与所述冲洗液出液管连接。
9.如权利要求8所述的细胞磁分选装置，其特征是，在设定时间段内，所述冲洗液第一柱塞泵的出口流出的液体速度与所述冲洗液第二柱塞泵的出口流出的液体速度之和为第一设定速度。
10.如权利要求8所述的细胞磁分选装置，其特征是，在所述设定时间段的某一段时间内，所述冲洗液第一柱塞泵的出口流出的液体速度线性减小，所述冲洗液第二柱塞泵的出口流出的液体速度线性增加。
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