CN105510191B - 流式微粒检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了流式微粒检测方法，采用微流体芯片，微流体芯片上设置一个加样孔；加样孔内的液体经储液池流出分成至少两个支流，一个支流作为样品液通道，其余支流作为鞘液流经的鞘液通道；样品液通道和鞘液通道在聚焦点处汇集；检测通道两端设置至少两个电极，两个电极的输出端连接差分放大电路；芯片倾斜或竖直放置，加样孔水平位置高于芯片上的废液池；被测样品颗粒悬浮液从加样孔注入，芯片中的流体及被测样品在重力和电场的作用下从加样孔出发，实现分流、聚焦、检测，最终流到废液池。本设计不需要外加驱动，降低了芯片设计复杂度和系统设计难度，采用差分放大提高检测的灵敏度，确保了检测结果的精度。

Description

流式微粒检测方法

技术领域

本发明涉及一种生物医学检测领域，具体涉及一种流式微粒检测方法。

背景技术

流式微粒检测是对处于液体中的微粒颗粒逐个进行定量分析和分选的技术，它可以测量微粒大小、形状、浓度、活性等，在血液学、免疫学、分子生物学等学科有较为广泛的应用。它在检测中所采用的库尔特原理是指：悬浮在电解液中的颗粒随电解液通过小孔时，取代相同体积的电解液，在恒电流设计的电路中导致小孔内外两电极间电阻发生瞬间变化，产生电位脉冲，脉冲信号的大小和次数与颗粒的大小和数目成正比。样品聚焦是流式微粒检测的关键技术，目前的检测中都是通过外力作用对样品液实现聚焦。聚焦又分为通过鞘液聚焦和无需鞘液的聚焦。前者如中国专利201210482142.7公开的《微流体微粒仪及制作方法》中，利用外界注射泵的压力分别从样品液入口注入样品液，从鞘液入口注入鞘液，然后样品液和两路鞘液同时流到鞘流汇聚区，鞘液的聚集作用将样品液中的微粒颗粒包夹成线性排列流入检测区进行检测。这种方法中两个鞘流和样品液都需要驱动源，在该专利中采用一个电机控制三个管道的方式，这样不仅设备变得很庞大，成本也提高，更为重要的是由于每次进行检测时需要更换芯片，那么每次都检测都需要重新将三个通道与电机进行连接，这个连接处的密封性问题就会影响到对三个通道的压力的大小，造成聚焦效果不好，测试结果就不够精确。后者如中国专利201310283051.5公开的《一种用于流式微粒仪的微流控芯片结构及其制作方法》，它采用锥形聚焦结构，认为其具有类似与传统的鞘液流系统的聚焦效果，使得微粒颗粒单个流入微通道，微通道通过通道束缚微粒使其单个通过检测区，但是该种方法仍然不能避免多个微粒或检测颗粒同时通过检测区域造成信号重叠的问题，在高浓度样本的检测条件下造成检测结果的不精确。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚焦效果好、不需要外力驱动的流式微粒检测方法，降低了芯片设计复杂度和系统设计难度，采用差分放大提高检测的灵敏度，确保了检测结果的精度，用该检测方法能够使检测仪器小型化、便携化。

实现本发明目的的第一种技术方案是流式微粒检测方法，采用微流体芯片，所述微流体芯片上设置一个加样孔；所述加样孔内的液体经储液池流出分成至少两个支流，一个支流作为样品液通道，运载被测物颗粒，其余支流没有被测样品，作为鞘液流经的鞘液通道；所述鞘液通道的入口处设置被测样品阻碍机构；所述样品液通道和鞘液通道在聚焦点处汇集，被测样品被聚焦；所述被测样品通过聚焦点后，再流经狭窄段，该狭窄段作为检测通道；所述检测通道两端设置至少两个电极，两个电极的输出端连接差分放大电路；芯片倾斜或竖直放置，加样孔水平位置高于芯片上的废液池；被测样品颗粒悬浮液从加样孔注入，芯片中的流体及被测样品在重力和电场的作用下从加样孔出发，实现分流、聚焦、检测，最终流到废液池。

所述样品液阻碍机构为孔径小于样品液中待测微粒直径的滤网或者间隙小于待测微粒直径的微柱阵列。

将所述储液池的出口分成三个通道，中间的通道作为样品液通道，两侧作为鞘液通道。

另一种技术方案是流式微粒检测方法，采用微流体芯片，所述微流体芯片上设置一个加样孔；所述加样孔为相互连通的大小池结构，大池的出口分成两个支流，作为鞘液通道，位于底部的小池的出口连通样品液通道；所述样品液通道和鞘液通道在出口处汇集形成样品聚焦；聚焦液流过检测通道，最后流入废液池；将被测样品颗粒悬浮液注入加样孔；芯片倾斜或竖直放置，使加样孔水平位置高于废液池，芯片中的流体在重力和电场的作用下从加样孔出发，实现分流、聚焦、检测，最终流到废液池；所述检测通道处设有用于检测微粒大小及浓度的信号采集电路、信号放大电路及计算模块。

在所述鞘液通道内设置鞘液聚集导向机构，在所述样品液通道的出口处设置只能允许单细胞样品液通过的样品液阻碍机构。

在所述样品液通道的入口处设置只能允许单粒样品液通过的机构。

在所述检测通道内设置检测位导向机构，使得检测通道的两侧形成两个检测位，在检测位布置电极进行信号检测；或者设置信号检测孔，信号检测孔与检测位通过通道连接，电极放入信号检测孔实现信号的检测。

所述两侧的鞘液通道与中间的检测液通道夹角为15°～90°。

本发明采用了上述技术方案后，具有以下积极的效果：(1)本发明的方法中，将加样孔的水平位置高于芯片中废液池，利用重力原理来提供鞘液和样品液流动的动力，因此可以不需要外加驱动，方法更加简单，降低了芯片设计的复杂度和系统设计难度，所使用的设备也更加小型化，节能化，同时采用两个电极进行采样检测，用差分放大来提高检测的灵敏度，确保了检测结果的精度。

(2)本发明的一种最佳的方式是储液池的出口分成三个通道，中间的通道作为样品液通道，两侧的作为鞘液通道，对称设置，两侧的鞘液通道与中间的检测也通道夹角为15°～90°，这样可以使得鞘液对单微粒实现最佳的聚焦效果。

(3)本发明在鞘液通道的入口处设置被测样品阻碍机构，样品液阻碍机构为孔径小于样品液中待测微粒直径的滤网或者间隙小于待测微粒直径的微柱阵列，这样能够确保只有鞘液可以流过，而较大直径的被检样品微粒则不能通过。

(4)本发明采用在鞘液通道内设置鞘液聚集导向机构；在样品液通道的入口处设置只能允许单粒样品液通过的机构，在检测通道内设置检测位导向机构，使得检测通道的两端形成两个检测位的方式，一方面形成两次聚焦，使得聚焦效果更好，另一方面可以实现两点同时检测，提高了检测效率。

(5)在本发明中，加样孔水平位置高于芯片中废液池的方式可以多种，可以将微流体芯片整体倾斜；或者加样孔倾斜设置；或者鞘液通道和样品液通道中设置至少一段斜面；或者聚焦通道中设置至少一段斜面，这样就能出现高度差，液体在重力的作用下流动。

具体实施方式

(实施例1)

本实施例的流式微粒检测方法主要是利用重力原理来提供鞘液和样品液流动的动力，因此可以不需要外力驱动，同时采用两个电极进行采样检测，用差分放大来提高检测的灵敏度。具体来说，采用微流体芯片，微流体芯片上设置一个加样孔；加样孔内的液体流入通道时分成至少两个支流，一个支流流经样品液通道，其余支流不运载被测样品，从而作为鞘液通道。作为一种最佳的方式是：储液池的出口分成三个通道，中间的通道作为样品液通道，两侧的作为鞘液通道，对称设置，两侧的鞘液通道与中间的检测通道的夹角为15°～90°，这样可以使得鞘液对单微粒进行最完整的包裹。

鞘液通道的入口处设置被测样品液阻碍机构，样品液阻碍机构为孔径小于样品液中待测微粒直径的滤网或间隙小于待测微粒直径的微柱阵列，这样能够确保只有小直径的鞘液可以流过，而较大直径的微粒样品液则不能通过。样品液通道入口处设置鞘液阻碍机构，鞘液阻碍机构为设置在样品液通道入口处的底部的有一定高度的挡板，由于是单微粒是悬浮在液面的，因此就可以挡住底部的液面，只有单微粒可以流过。加样孔的出口的水平位置高于聚焦通道的入口，可以将微流体芯片整体倾斜；或者加样孔倾斜设置；或者鞘液通道和样品液通道中设置至少一段斜面；或者聚焦通道中设置至少一段斜面，这样就能出现高度差，液体在重力的作用下流动。样品液通道和鞘液通道在出口处汇集形成聚焦通道；聚焦通道的出口处变窄作为检测通道，检测通道处设置两个电极，两个电极的输出端连接差分放大电路。

检测时，将被检样本的悬浮液滴入加样孔，使样品液和鞘液在重力的作用下流经各自的通道并在聚焦通道汇聚，然后聚焦后的被检样本实现聚焦，单个依次通过检测通道，由电极采集到信息，并通过差分放大电路将信号进行放大和分析。

(实施例2)

本实施例的原理与实施例1一样，但采用的芯片结构不一样。

本实施例的流式微粒检测方法，采用微流体芯片，微流体芯片上设置一个加样孔；加样孔为相互连通的大小池结构，大池的出口分成两个支流，作为鞘液通道，位于底部的小池的出口连通样品液通道；样品液通道和鞘液通道在出口处汇集形成样本聚焦；聚焦液流过检测通道，流入废液池为样本终点；在鞘液通道内设置鞘液聚集导向，并与被测样品通道汇集在聚焦区域；在样品液通道的入口处设置只能允许单粒样品液通过的机构；在检测通道两端有两个检测位，检测位可布置电极进行信号检测，也可设置信号检测孔，该孔与检测位通过通道连接，电极放入信号检测孔子即可实现信号的检测。将已经制成单微粒悬液的样品液和鞘液滴入储液池；芯片倾斜货竖直放置，使得检测过程中加样孔水平位置高于废液池的水平位置。样品液和鞘液在重力的作用下流经各自的通道并在聚焦通道汇聚，然后通过通过电极检测并通过差分放大电路将信号放大进行分析和处理。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.流式微粒检测方法，其特征在于：采用微流体芯片，所述微流体芯片上设置一个加样孔；所述加样孔内的液体经储液池流出分成至少两个支流，一个支流作为样品液通道，运载被测物颗粒，其余支流没有被测样品，作为鞘液流经的鞘液通道；所述鞘液通道的入口处设置被测样品阻碍机构；所述样品液通道和鞘液通道在聚焦点处汇集，被测样品被聚焦；所述被测样品通过聚焦点后，再流经狭窄段，该狭窄段作为检测通道；所述检测通道两端设置至少两个电极，两个电极的输出端连接差分放大电路；芯片倾斜或竖直放置，加样孔水平位置高于芯片上的废液池；被测样品颗粒悬浮液从加样孔注入，芯片中的流体及被测样品在重力和电场的作用下从加样孔出发，实现分流、聚焦、检测，最终流到废液池；在所述鞘液通道内设置鞘液聚集导向机构，在所述样品液通道的出口处设置只能允许单细胞样品液通过的样品液阻碍机构；在所述样品液通道的入口处设置只能允许单粒样品液通过的机构。

2.根据权利要求1所述的流式微粒检测方法，其特征在于：所述样品液阻碍机构为孔径小于样品液中待测微粒直径的滤网或者间隙小于待测微粒直径的微柱阵列。

3.根据权利要求1所述的流式微粒检测方法，其特征在于：将所述储液池的出口分成三个通道，中间的通道作为样品液通道，两侧作为鞘液通道。

4.流式微粒检测方法，其特征在于：采用微流体芯片，所述微流体芯片上设置一个加样孔；所述加样孔为相互连通的大小池结构，大池的出口分成两个支流，作为鞘液通道，位于底部的小池的出口连通样品液通道；所述样品液通道和鞘液通道在出口处汇集形成样品聚焦；聚焦液流过检测通道，最后流入废液池；将被测样品颗粒悬浮液注入加样孔；芯片倾斜或竖直放置，使加样孔水平位置高于废液池，芯片中的流体在重力和电场的作用下从加样孔出发，实现分流、聚焦、检测，最终流到废液池；所述检测通道处设有用于检测微粒大小及浓度的信号采集电路、信号放大电路及计算模块。

5.根据权利要求1至4之一所述的流式微粒检测方法，其特征在于：在所述检测通道内设置检测位导向机构，使得检测通道的两侧形成两个检测位，在检测位布置电极进行信号检测；或者设置信号检测孔，信号检测孔与检测位通过通道连接，电极放入信号检测孔实现信号的检测。

6.根据权利要求3所述的流式微粒检测方法，其特征在于：所述两侧的鞘液通道与中间的检测液通道夹角为15°～90°。