CN105987870A - 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片 - Google Patents

一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN105987870A
CN105987870A CN201510070063.9A CN201510070063A CN105987870A CN 105987870 A CN105987870 A CN 105987870A CN 201510070063 A CN201510070063 A CN 201510070063A CN 105987870 A CN105987870 A CN 105987870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
chip
fluid
outlet
detection zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510070063.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王东
程振
梅丹阳
安栋梁
阳巍
秦晓琨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CapitalBio Technology Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
CapitalBio Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, CapitalBio Corp filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201510070063.9A priority Critical patent/CN105987870A/zh
Priority to US15/019,715 priority patent/US20160231223A1/en
Publication of CN105987870A publication Critical patent/CN105987870A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1404Fluid conditioning in flow cytometers, e.g. flow cells; Supply; Control of flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/02Measures preceding sorting, e.g. arranging articles in a stream orientating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1456Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1484Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers microstructural devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652Sorting or classification of particles or molecules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654Lenses; Optical fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • G01N15/149
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N2015/1006Investigating individual particles for cytology
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1404Fluid conditioning in flow cytometers, e.g. flow cells; Supply; Control of flow
    • G01N2015/142Acoustic or ultrasonic focussing

Abstract

本发明公开了一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片,该流体芯片包括:上盖片以及下芯片;设置在所述流体芯片内的流体管道,包括:管道入口;以及管道出口;位于管道入口与管道出口之间的检测区;设置在检测区与管道出口交汇处的分选机构;设置在下芯片下表面的超声检测区,超声检测区用于设置超声装置,超声装置用于对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;设置在下芯片下表面的光检测区,光检测区用于设置整形激光装置,整形激光装置用于对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;管道出口包括:分选样品出口以及未分选样品出口;分选机构用于对所述流体管道内的样品进行分选。本发明技术方案提高了测试准确性。

Description

一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片
技术领域
本发明涉及细胞检测及分析技术领域,更具体的说,涉及一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片。
背景技术
流式细胞技术(Flow Cytometry,简称FCM)是现在显微镜技术、化学荧光染色、电子学技术和计算机等领域的综合进步的结合下得以发展起来的对于快速直线流动中的单细胞的特性及其成分,或其他各种微小颗粒(如细菌)及其负载物进行多参数分析和分选的技术,它不仅可测量细胞大小、内部颗粒的形状,还可检测细胞表面和细胞浆抗原、细胞内DNA以及RNA含量等,可对群体细胞在单细胞水平上进行分析。在短时间内检测分析大量细胞,并收集、存储和处理数据,进行多参数定量分析,能够分类回收某一亚群细胞。在血液学、免疫学、肿瘤学、药物学、遗传学、临床检测学、分子生物学、细胞动力学以及环境微生物学等学科中有着广泛的应用。
流式细胞技术需要通过流式细胞分析和分选系统(或称流式细胞仪)进行,最新的商业流式细胞仪主要包括光学系统、电子检测系统与流体芯片。进行样品检测时,通过流体芯片对细胞样品进行聚焦,并由外部激光照射,电子测试系统根据散射光信号以及激发光信号对样品进行数据采集与分析。
现有的无鞘液流式细胞仪进行样品检测时,测试样品中细胞是随机分布在流体管道内,同一细胞在管道内不同位置,其测试数据将会有较大差异,导致测试准确性较差。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片,提高了测试准确性。
为实现上述目的,本发明提供了一种流式细胞分选系统流体芯片,该流体芯片包括:
相对设置的上盖片以及下芯片;
设置在所述流体芯片内的流体管道,所述流体管道的包括:设置在所述流体芯片第一端的管道入口;设置在所述流体芯片第二端的管道出口;位于所述管道入口与所述管道出口之间的检测区;
设置在所述检测区与所述管道出口交汇处的分选机构;
设置在所述下芯片下表面的超声检测区,所述超声检测区用于设置超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;
设置在所述下芯片下表面的光检测区,所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;
其中,所述管道出口包括:分选样品出口以及未分选样品出口;在所述流体芯片进行样品检测时,所述分选机构用于对所述流体管道内的样品进行分选。
优选的,在上述流体芯片中,所述上盖片与所述下芯片为可分离结构;所述流体管道为设置在所述下芯片朝向所述上盖片一侧表面的凹槽。
优选的,在上述流体芯片中,所述上盖片包括:
与所述管道入口连通的进样口;
与所述分选样品出口连通的第一出样口;
与所述未分选样品出口连通的第二出样口。
优选的,在上述流体芯片中,所述上盖片还包括:
与所述流体管道连通的分选样品润洗出口。
优选的,在上述流体芯片中,所述分选机构为设置在所述下芯片朝向所述上盖片一侧表面的分选凹槽;
所述上盖片与所述分选凹槽相对的区域设置有电极通孔。
优选的,在上述流体芯片中,所述流体管道包括:
设置在所述检测区与所述分选样品出口之间的分选样品管道以及位于所述检测区与所述未分选样品出口之间的未分选样品管道;
其中,所述未分选样品管道的宽度大于所述分选管道的宽度,且所述未分选样品管道与所述检测区的管道延伸方向相同。
优选的,在上述流体芯片中,所述上盖片与所述下芯片的材料可以为玻璃或是塑料。
优选的,在上述流体芯片中,当所述上盖片与所述下芯片的材料均为玻璃时,所述流体管道下方下芯片的厚度、流体管道高度以及流体管道上方的上盖片的厚度比值为2:1:2。
优选的,在上述流体芯片中,所述流体管道在所述流体芯片的延伸方向上的截面为矩形。
本发明还提供了一种流式细胞分选系统,该流式细胞分选系统包括:
流体芯片,所述流体芯片为上述任一项所述的流体芯片;
设置在所述的超声检测区的超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;
设置在所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;
电子测试系统,所述电子测试系统用于数据采集与分析。
本发明还提供了一种流式细胞分选系统的聚焦检测方法,该聚焦检测方法包括:
在流体芯片中注入样品;
对所述样品进行超声聚焦与进行平顶光斑照射;
对样品进行数据采集与分选。
通过上述描述可知,本发明提供的流体芯片包括:相对设置的上盖片以及下芯片;设置在所述流体芯片内的流体管道,所述流体管道的包括:设置在所述流体芯片第一端的管道入口;设置在所述流体芯片第二端的管道出口;位于所述管道入口与所述管道出口之间的检测区;设置在所述检测区与所述管道出口交汇处的分选机构;设置在所述下芯片下表面的超声检测区,所述超声检测区用于设置超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;设置在所述下芯片下表面的光检测区,所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;其中,所述管道出口包括:分选样品出口以及未分选样品出口;在所述流体芯片进行样品检测时,所述分选机构用于对所述流体管道内的样品进行分选。
通过上述描述可知,所述流体芯片在下方设置有检测区以及光检测区,可实现对样品进行超声聚焦以及平顶光斑照射,通过超声聚焦可以使得流体管道内样品中的细胞在一个设定水平面内移动,同时,通过进行平顶光斑照射,可以保证在所述水平面中不同位置的细胞受到光照射的强度一致,保证测试的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1a为本申请实施例提供的一种流体芯片的结构示意图;
图1b为图1a的局部放大图;
图2为本申请实施例平顶光斑照射原理示意图;
图3为图1所示流体芯片的切面图;
图4为图1所示流体芯片的俯视图;
图5为本申请实施例提供的一种流式细胞分选系统的结构示意图;
图6为本申请实施例提供一种超声聚焦对比试验结果示意图;
图7为本申请实施例提供的一种流式细胞分选系统的聚焦检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种流式细胞分选系统的流体芯片,所述流体芯片参考图1a和图1b,图1a为本申请实施例提供的一种流体芯片的结构示意图,图1b为图1a的局部放大图,该流体芯片包括:相对设置的上盖片1以及下芯片2。
在本申请实施例中,所述流体芯片的上盖片1与下芯片2为可分离结构。所述流体芯片内设置有流体管道。所述流体管道的包括:设置在所述流体芯片第一端的管道入口21;设置在所述流体芯片第二端的管道出口;位于所述管道入口与所述管道出口之间的检测区25。其中,所述管道出口包括:分选样品出口22以及未分选样品出口23。
在所述检测区25与所述管道出口交汇处设置有分选机构。在所述流体芯片进行样品检测时,所述分选机构用于对所述流体管道内的样品进行分选。
所述流体芯片还包括:设置在所述下芯片2下表面的超声检测区以及设置在所述下芯片2下表面的光检测区。所述超声检测区用于设置超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦。所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射。
具体的,所述超声装置可以为设置在所述检测区25下方可以产生声波的换能器。所述换能器通过超声耦合胶粘贴在所述下芯片2的下表面。所述超声耦合胶一方面可以将所述换能器与所述芯片流体固定,另一方面通过耦合最大限度的把声波传输到流体管道内,减少声波在传输过程中的衰减。
声波透射下芯片2流体管道下方的下芯片2、以及检测区25对应的部分流体管道,被上盖片1反射回来,并与入射声波在检测区25对应的流体管道中形成驻波,迫使细胞聚焦。
所述超声装置固定在所述下芯片2的下方,所述超声装置的固定区域与所述整形激光装置的激光照明区均在所述检测区域25的正下方,且沿着样品流动方向排布,所述超声装置的固定区域在所述整形激光装置的激光照明区的上游。
所述流体管道为设置在所述下芯片2朝向所述上盖片1一侧表面的凹槽。当进行样品检测时,将上盖片1与下芯片2盖合密封后,将所述凹槽形成所述除出入口外封闭的流体管道。
所述上盖片1包括:与所述管道入口21连通的进样口11;与所述分选样品出口22连通的第一出样口12;与所述未分选样品出口23连通的第二出样口13。进行样品检测时,将样品通过进样口11注入,样品通过管道入口21、经过检测区25后,经过分选机构分选后,一部分样品通过分选样品出口22后汇聚在第一出样口12,另一部分样品通过未分选样品出口23后汇聚在第二出样口13。所述进样口11、所述第一出样口12以及第二出样口1均为圆形凹槽结构。在所述进样口11、所述第一出样口12以及第二出样口13的底部均设置有汇聚口112,所述汇聚口112小于对应圆形凹槽结构的直径,与所述下芯片管道入口21直径一致。位于进样口11底部的汇聚口112可以使得进样口11进行样品注入时,避免进样口11底部存在样品残留,位于第一出样口12以及第二出样口13底部的汇聚口112可实现样品的回收,整个芯片可以实现少量样品的聚焦排列以及光学测试。
所述上盖片还包括:与所述流体管道连通的分选样品润洗出口14。在开始进行样品注入时,将管道内的初始气泡排除,便于样品在流体管道内流通。
所述分选机构为设置在所述下芯片2朝向所述上盖片1一侧表面的分选凹槽24。所述上盖片1与所述分选凹槽24相对的区域设置有电极通孔15。所述电极通孔15包括正极通孔以及负极通孔,通电后产生分选气泡。
所述流体管道包括:设置在所述检测区25与所述分选样品出口22之间的分选样品管道以及位于所述检测区25与所述未分选样品出口23之间的未分选样品管道。所述检测区25为上述光检测区中的流体管道部分。其中,所述未分选样品管道的宽度大于所述分选管道的宽度,且所述未分选样品管道与所述检测区的管道延伸方向相同,使得未分选样品管道的流阻小于分选管道的流阻,在分选机构不工作时,使得样品中的细胞自动进入未分选样品管道,再通过未分选样品出口23,汇聚在第二出样口13。
当进行样品检测后,通过设置在正极通孔内的电源正极以及设置在负极通孔内的电源负极对分选凹槽24内的液体进行电解,形成氢气和氧气,氢气和/或氧气形成的气泡会对检测区流出的样品进行分选,分选出和设定散射光、荧光属性一致的细胞一部分样品通过分选样品通道以及分选样品出口22后汇聚在第一出样口12,其他样品通过未分选样品管道以及未分选样品出口23后汇聚在第二出样口13。
本实施例中,所述上盖片与所述下芯片的材料可以为玻璃或是塑料。
当所述上盖片与所述下芯片的材料均为玻璃时,所述流体管道下方下芯片的厚度、流体管道高度以及流体管道上方的上盖片的厚度比值为2:1:2,以便于在25管道中形成驻波,迫使细胞聚焦,实现超声聚焦。所述流体管道在所述流体芯片的延伸方向上的截面为矩形或是圆形,本实施例中优选为矩形。矩形结构便于成型制作,制作成本低。
在上盖片1中:进样口11为18mm直径,高4mm的小圆形槽;第一出样口12、第二出样口13均为14mm直径槽。进出口槽底部都有5mm直接汇聚口112。1mm管道16用于插入散射光检测光纤,散射光检测光纤用于收集散射光信号。
进样口11为大圆形的储液池,其上沿高于流体管道部分,能储存1mL体积以内样品。进样口11和第一出样口12以及第二出样口133可以均采用逐渐收缩渐变的方式。且优选的,流体管道底部可以在垂直方向上逐渐变低,有利于减少进样死体积和避免气泡。
在下芯片2中:检测区25为直线长方形,高度尺寸为0.14mm,宽度尺寸为0.1mm,长度约3cm,需驱动的超声波频率为5MHz。下芯片2与上盖片1粘接密封后完成密封。电极通孔15插入电极,控制电极电压对水溶液电解产生气泡,推动细胞到分选样品出口22。
下芯片2的检测区25垂直方向设有管道26,其和上盖片1中管道16粘接后形成空腔,便于插入侧向散射光检测头,用于收集散射光信号。分选结构的驱动口位于检测区25下游0.2mm,为Y型分叉管道,连通分选样品出口22与未分选样品出口23;驱动口为喇叭状渐变设计,逐步扩大为到椭圆形腔室的分选凹槽24。
上盖片1稍厚,包含进样口11,第一出样口12以及第二出样口13两个出口,以及电极通孔15。上盖片1通过尺寸配合和在下芯片2装配并粘连一起。装配由密封胶完成,进样口11、第一出样口12、第二出样口13、分选样品润洗出口14以及电极通孔15在生产以及加样前均由薄膜密封,保证密封性,使用中可在用无菌操作台内枪头扎破。
流体管道经过亲水化涂覆处理,在管道渐变入口处产生类似毛细管的虹吸作用,便于样品初始进样,以及减少进样最后死体积。为保持样品的持续流动,上样后的流体芯片经过加持台固定后,在进样口11处产生施加正向气体压力。
芯片进行样品检测时,由控制系统施加特定波长的超声场后,管道中运动的细胞在竖直方向上被聚焦到管道驻波节点,即管道中央水平面上。超声限制了细胞在一个维度的运动位置,即一个在平面进样。
为保证该平面中不同位置的细胞受到激光照射的强度一致,可采用矩形均匀分布的光斑。管道中检测区就是平顶光斑照射区,该光斑由二元光学元件产生,特点在于场强分布是矩形而非椭圆的高斯形,这样水平方向上不同进样位置的细胞测量将不受激发光的强度不均的影响。
参考图2,图2为本申请实施例平顶光斑照射原理示意图,本申请实施例保证水平方向不同位置的细胞受到激发的光强度一致,在超声聚焦区下游的激光照明区,通过二元光学镜头将传统的圆形或者椭圆激光光斑,替换为长方形平顶光斑251,平顶光斑照射的检测区25的区域为进行检测的光学检测区。图2为检测区25的俯视图,检测区25内的光强E为均匀光强分布,避免了椭圆光斑的高斯光强分布导致的激发光强度差异。综上所述,本发明采用芯片超声二维聚焦配合平顶光斑,实现了传统流式中鞘液三维聚焦加点光源照明的方案,保证了测试结果的准确性。且本申请可将样品直接注入流体管道内进行测试,避免鞘液的使用。
参考图3-图4,图3为图1所示流体芯片的切面图,图4为图1所示流体芯片的俯视图。图3与图4仅为图1中对应检测区25的局部示意图。下芯片2与上盖片1粘接密封后完成密封后,在流体通道内进行样品检测时,样品通过换能器44的超声覆盖区域后进行聚焦。本实施例中,所述换能器44为压电陶瓷(PZT),设置在下芯片2的下方,其对检测区25的对应区域的流体管道发射超声,声波在流体管道内形成驻波41,对流体管道内的样品微粒进行聚焦,使得微粒在一个设定平面(图3中虚线所示)内流动。设置下芯片2侧面的整形激光装置42发射的光波经过对应的光学系统,对驻波41对应区域下游的光检测区进行由下至上的平顶光斑照射,形成光学检测区36。检测后的样品经过分选凹槽24进行分选后,通过分选样品出口22或未分选样品出口23后进行回收处理。
传统的流体芯片采用细胞静电偏转分离技术,是空气开放式的设计,其高频震荡产生的液滴会产生气溶胶污染,导致生物危害。本申请实施例所述流体芯片采用密封式测试,安全性更高,且不会产生污染。
在实际样品检测中常期望样品消耗量尽量少,如低于50μL,尤其是对人外周血循环肿瘤细胞以及法医鉴定等少量珍贵待分离的样品。但现有流体芯片均引入鞘液来包裹样品细胞溶液,额外加入的大量鞘液稀释了样品,不利于其分析后回收再使用;芯片上分选后的少量细胞也会被鞘液稀释,导致分选后细胞难以被找到。本申请实施例所述流体芯片通过尺寸较小的流体管道,并通过对应的进样口以及出样口设计可以提高样品测试时样品的利用率以及样品分选后的回收率,可以实现体积较小的样品的测试。
可见,本申请实施例所述流体芯片结构简单,成本低廉,除了实现少量细胞样品进样时的聚焦排列和精确检测,还便于和其他技术集成和实现自动化,如片上集成的气泡微泵分选。其结构小巧,也能多路并行设计,提高细胞检测与分离的通量。
本申请实施例还提供了一种流式细胞分选系统,参考图5,图5为本申请实施例提供的一种流式细胞分选系统的结构示意图,该流式细胞分选系统包括:流体芯片34,所述流体芯片为上述任一种实施方式所述的流体芯片;设置在所述的超声检测区的超声装置(图5中未示出),所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;设置在所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;电子测试系统,所述电子测试系统用于数据采集与分析,并控制分选电压逻辑。
流体芯片34的流体管道基本为Y型或十字交叉结构,在进样口处加正压配合入口处虹吸力将细胞样品持续加入到流体管道中,这时细胞在流体管道中随机排布。流体芯片外置的换能器(如可以为压电陶瓷)通过超声耦合胶贴紧流体芯片34下表面,它形成周期性的声波振动透射管道中的溶液,并在上盖片和空气的表面处发生反射,在管道中间形成驻波。在该声压驻波节点处细胞的势能最弱,迫使细胞聚焦到管道的中间部位。需要说明的是,图5中为示出所述换能器,其具体实现方式可参见上述实施例中描述,在此不再赘述。
换能器下游的声波聚焦点就是光学检测区36,流体芯片一侧设置整形激光装置42,整形激光装置42通过二元光学制备的镜头将激发光整形成平顶的矩形光斑,由下至上照射光学检测区36,进而照射到细胞上并产生散射光和激发荧光信号。细胞的物理与化学性质就反应在这些光信号上,它们被收集镜头37收集并由二向色镜系统32分离到各个不同的PMT(光电倍增管)31检测通道中,最后在电子测试系统中转化为数字信号保存和显示出来。电子测试系统图3中未示出,其与各个光电倍增管31连接,获取数据参数。散射光检测头33通过散射光检测光纤进行散射光信号收集,散射光检测头33与电子测试系统连接。
不同细胞其散射光和特异性结合的荧光强度会有所不同,细胞的这些信息被检测出来再经过检测区的下游时,电子测试系统会依据这些不同产生合适的气泡驱动电压,进而将细胞分离到不同的管道中去。分离的功能还可以由高速切换的电磁阀、压电陶瓷阀完成,通过快速打开与关闭通道,改变它们的流阻特性,来实现对指定细胞的分离功能。分离后的细胞被回收到收集出口或收集管中。
需要说明的,所述流式细胞分选系统中流体芯片、超声装置以及整形激光装置的连接关系以及结构与上述流体芯片实施例中相同,可参见上述实施例描述,在此不再赘述。
在本申请实施例所述流式细胞分选系统中,如采用流体管道截面为矩形的流体芯片,其流体管道内超声谐振频率为1.47MHz,如采用流体管道截面为圆形的流体芯片,其流体管道内超声谐振频率为700KHz。
参考图6,图6为本申请实施例提供一种超声聚焦对比试验结果示意图。通过实验,当换能器处于关闭状态时,如图6中左图①所示,微粒在流体管道中呈随机散布状态;当换能器处于工作状态时,如图6中右图②所示,微粒在流体管道中被聚集在流体管道中部的一个水平面(图中虚线所示的聚焦平面)。由此说明,超声驱动可以实现有效的聚焦。图6为流体管道的局部侧视图。
通过实验,观察到样品的流速为8.2mm/s和32.8mm/s时,样品中微粒具有两种状态。在流体管道侧视图中可观测到,当样品的流速为8.2cm/s时,微粒在几乎在一条直线(上述水平面在侧视图上为直线)上;当样品的流速为32.8cm/s时,微粒聚集在中间带上,并不完全在一条直线上。可见,声场需要建立时间,流速越慢,聚焦紧密度越高,所需聚焦距离越短。故进行超声聚焦时,根据微粒大小设置流速。
通过实验,观察到样品的相同流速下,相同换能器工作电压下,微粒大小分别为20um和10um时,微粒具有两种状态。当微粒大小为20um时,微粒在几乎在一条直线上,聚集效果较好;当微粒大小为10um时,微粒聚集在中间带上,并不完全在一条直线上,聚集效果较差。可见,颗粒直径越大,粘滞加速度越小,聚焦效果越明显;颗粒直径大,容易聚团。
当加载电压大小为16V时,微粒在几乎在一条直线上,聚集效果较好;当微粒大小为6.4V时,微粒聚集在中间带上,并不完全在一条直线上,聚集效果较差。可见,声场力正比于驱动信号功率,超声驱动信号幅值越大,聚集速度越快;
在所述流式细胞分选系统中可以通过超声聚焦以及平顶光斑照射实现流式细胞分选与数据测试。测试效果准确,可提高检测灵敏度。
流体芯片可以为塑料芯片或玻璃芯片,工艺成熟便于一次性化避免交叉污染,体系无菌密封可有效避免生物污染;而且聚焦驱动源压电陶瓷外置,仅需要一小块设置在检测区的下方,不浪费压电陶瓷成本。同时流体芯片可以避免鞘液的使用,进一步缩减成本,还避免了对样品和分选细胞的稀释。
系统采用平顶光斑技术,保证二维聚焦后的细胞即便在水平方向上的不同位置,也受到相同强度的激光照射,提高检测的准确率。芯片上集成的气泡驱动还可完成指定细胞的分选。
本申请实施例还提供了一种流式细胞分选方法,用于上述流式细胞分选系统,参考图7,图7为本申请实施例提供的一种流式细胞分选方法的流程示意图,该流式细胞分选方法包括:
步骤S11:在流体芯片中注入样品。
步骤S12:对所述样品进行超声聚焦与进行平顶光斑照射。
步骤S13:对样品进行数据采集与分选。
所述流式细胞分选方法在超声聚焦后进行平顶光斑照射,能够使得样品中细胞在一个水平面内流动,且使得细胞在所述水平面内收到的激光照射强度一致,保证了测试的准确性。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种流式细胞分选系统的流体芯片,其特征在于,包括:
相对设置的上盖片以及下芯片;
设置在所述流体芯片内的流体管道,所述流体管道的包括:设置在所述流体芯片第一端的管道入口;设置在所述流体芯片第二端的管道出口;位于所述管道入口与所述管道出口之间的检测区;
设置在所述检测区与所述管道出口交汇处的分选机构;
设置在所述下芯片下表面的超声检测区,所述超声检测区用于设置超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;
设置在所述下芯片下表面的光检测区,所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;
其中,所述管道出口包括:分选样品出口以及未分选样品出口;在所述流体芯片进行样品检测时,所述分选机构用于对所述流体管道内的样品进行分选。
2.根据权利要求1所述的流体芯片,其特征在于,所述上盖片与所述下芯片为可分离结构;所述流体管道为设置在所述下芯片朝向所述上盖片一侧表面的凹槽。
3.根据权利要求2所述的流体芯片,其特征在于,所述上盖片包括:
与所述管道入口连通的进样口;
与所述分选样品出口连通的第一出样口;
与所述未分选样品出口连通的第二出样口。
4.根据权利要求3所述的流体芯片,其特征在于,所述上盖片还包括:
与所述流体管道连通的分选样品润洗出口。
5.根据权利要求2所述的流体芯片,其特征在于,所述分选机构为设置在所述下芯片朝向所述上盖片一侧表面的分选凹槽;
所述上盖片与所述分选凹槽相对的区域设置有电极通孔。
6.根据权利要求5述的流体芯片,其特征在于,所述流体管道包括:
设置在所述检测区与所述分选样品出口之间的分选样品管道以及位于所述检测区与所述未分选样品出口之间的未分选样品管道;
其中,所述未分选样品管道的宽度大于所述分选管道的宽度,且所述未分选样品管道与所述检测区的管道延伸方向相同。
7.根据权利要求5述的流体芯片,其特征在于,所述上盖片与所述下芯片的材料可以为玻璃或是塑料。
8.根据权利要求7所述的流体芯片,其特征在于,当所述上盖片与所述下芯片的材料均为玻璃时,所述流体管道下方下芯片的厚度、流体管道高度以及流体管道上方的上盖片的厚度比值为2:1:2。
9.根据权利要求7所述的流体芯片,其特征在于,所述流体管道在所述流体芯片的延伸方向上的截面为矩形。
10.一种流式细胞分选系统,其特征在于,包括:
流体芯片,所述流体芯片为权利要求1-9任一项所述的流体芯片;
设置在所述的超声检测区的超声装置,所述超声装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述流体管道内的样品进行超声聚焦;
设置在所述光检测区用于设置整形激光装置,所述整形激光装置用于在所述流体芯片进行样品检测时对所述检测区的样品进行平顶光斑照射;
电子测试系统,所述电子测试系统用于数据采集与分析。
11.一种流式细胞分选系统的聚焦检测方法,其特征在于,包括:
在流体芯片中注入样品;
对所述样品进行超声聚焦与进行平顶光斑照射;
对样品进行数据采集与分选。
CN201510070063.9A 2015-02-10 2015-02-10 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片 Pending CN105987870A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510070063.9A CN105987870A (zh) 2015-02-10 2015-02-10 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片
US15/019,715 US20160231223A1 (en) 2015-02-10 2016-02-09 Fluidic chip for flow cytometry and methods of use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510070063.9A CN105987870A (zh) 2015-02-10 2015-02-10 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105987870A true CN105987870A (zh) 2016-10-05

Family

ID=56565243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510070063.9A Pending CN105987870A (zh) 2015-02-10 2015-02-10 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20160231223A1 (zh)
CN (1) CN105987870A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106807459A (zh) * 2016-12-13 2017-06-09 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种微流控芯片及其制备方法、应用
CN106872339A (zh) * 2017-01-10 2017-06-20 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种粒子排序方法及其装置和用途
WO2019200518A1 (zh) * 2018-04-16 2019-10-24 清华大学 用于流式检测的多激光光束整形系统及方法
CN110577888A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 洛阳华清天木生物科技有限公司 一种微流控芯片及包括其的系统
CN112714672A (zh) * 2018-05-31 2021-04-27 唐纳森公司 用于燃料系统的液滴传感器
CN116337728A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 天津大学 一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110579435B (zh) 2012-10-15 2023-09-26 纳诺赛莱克特生物医药股份有限公司 颗粒分选的系统、设备和方法
US10634602B2 (en) * 2015-06-12 2020-04-28 Cytochip Inc. Fluidic cartridge for cytometry and additional analysis
CN106512887A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 浙江宜佳新材料股份有限公司 一种胶水的超声波调制装置
GB2561587B (en) * 2017-04-19 2021-05-19 The Technology Partnership Plc Apparatus and method for sorting microfluidic particles
US10677709B2 (en) * 2017-04-28 2020-06-09 Becton, Dickinson And Company Particle detection cartridges, systems thereof and methods for using the same
EP3421975A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-02 Centre National De La Recherche Scientifique Methods and device for manipulating objects
US10773016B2 (en) * 2017-12-31 2020-09-15 Lydia G You Implantable micro bubble pump for drug delivery and biomedical applications
EP3788362A1 (en) 2018-04-30 2021-03-10 Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy Trapping and releasing particles carried by gas sample
CN108918369B (zh) * 2018-06-27 2020-10-09 太原理工大学 一种用于检测贴壁细胞浓度的微流控芯片及其制备方法
WO2020231399A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cell analyzers
CN110899133A (zh) * 2019-12-02 2020-03-24 广东汇博机器人技术有限公司 一种陶瓷基片裂痕检测装置及其分类控制方法
CN111735854A (zh) * 2020-06-18 2020-10-02 东南大学 多模式精准聚焦的电阻抗流式细胞检测装置及制备方法
WO2023017713A1 (ja) * 2021-08-11 2023-02-16 シンクサイト株式会社 アコースティックフォーカシング用チップ
CN113941377A (zh) * 2021-10-11 2022-01-18 北京理工大学 一种全玻璃微流控芯片及加工方法
CN115786076B (zh) * 2022-12-14 2023-07-04 深圳市第三人民医院(深圳市肝病研究所) 一种磁分离微流控芯片装置及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100139377A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 The Penn State Reserch Foundation Particle focusing within a microfluidic device using surface acoustic waves
CN101738357A (zh) * 2008-11-19 2010-06-16 索尼株式会社 微粒分析装置、用于微粒分析的微流体芯片和微粒分析方法
CN102471752A (zh) * 2009-07-02 2012-05-23 索尼公司 用于在流式细胞仪系统中测量来自多个并行流动通道的多个发射的系统和方法
WO2014142924A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Inguran, Llc Apparatus and methods for high throughput sperm sorting

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6976590B2 (en) * 2002-06-24 2005-12-20 Cytonome, Inc. Method and apparatus for sorting particles
WO2007006322A1 (en) * 2005-07-07 2007-01-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for acoustic manipulation of particles, cells and viruses
ATE538377T1 (de) * 2007-04-02 2012-01-15 Acoustic Cytometry Systems Inc Verfahren zur verbesserten analyse von in einem akustischen feld fokussierten zellen und partikeln
JP5018879B2 (ja) * 2007-05-15 2012-09-05 パナソニック株式会社 成分分離デバイス
US8266951B2 (en) * 2007-12-19 2012-09-18 Los Alamos National Security, Llc Particle analysis in an acoustic cytometer
US8387803B2 (en) * 2008-08-26 2013-03-05 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Particle sorting
JP5382852B2 (ja) * 2009-02-06 2014-01-08 株式会社オンチップ・バイオテクノロジーズ 使い捨てチップ型フローセルとそれを用いたフローサイトメーター
US9134221B2 (en) * 2009-03-10 2015-09-15 The Regents Of The University Of California Fluidic flow cytometry devices and particle sensing based on signal-encoding
US9074977B2 (en) * 2010-05-07 2015-07-07 Stc.Unm Multinode acoustic focusing for parallel flow cytometry analysis applications
JP5765022B2 (ja) * 2011-03-31 2015-08-19 ソニー株式会社 微小粒子分析装置及び微小粒子分析方法
WO2012135663A2 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 University Of South Florida Two-stage microfluidic device for acoustic particle manipulation and methods of separation
JP2015503736A (ja) * 2011-12-29 2015-02-02 ダンマークス テクニスク ユニバーシテット 電磁放射を用いて微小物体を分類するためのシステム
CN104736718A (zh) * 2012-10-26 2015-06-24 贝克顿·迪金森公司 用于操纵流体样品中的组分的装置和方法
JP6065527B2 (ja) * 2012-11-08 2017-01-25 ソニー株式会社 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法
US9757726B2 (en) * 2013-03-14 2017-09-12 Inguran, Llc System for high throughput sperm sorting
JP2016517524A (ja) * 2013-03-14 2016-06-16 アボット・ラボラトリーズAbbott Laboratories フローサイトメーターシステムのビーム整形光学系およびこの光学系に関連する方法
FR3027673B1 (fr) * 2014-10-24 2018-06-15 Biomerieux Methode de traitement d'echantillons biologiques, notamment d'echantillons alimentaires
WO2016065242A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Microfluidic qrt-pcr analysis of single cells
EP3245001A1 (en) * 2015-01-12 2017-11-22 Instrumentation Laboratory Company Spatial separation of particles in a particle containing solution for biomedical sensing and detection
EP3430376A1 (en) * 2016-03-17 2019-01-23 BD Biosciences Cell sorting using a high throughput fluorescence flow cytometer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101738357A (zh) * 2008-11-19 2010-06-16 索尼株式会社 微粒分析装置、用于微粒分析的微流体芯片和微粒分析方法
US20100139377A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 The Penn State Reserch Foundation Particle focusing within a microfluidic device using surface acoustic waves
CN102471752A (zh) * 2009-07-02 2012-05-23 索尼公司 用于在流式细胞仪系统中测量来自多个并行流动通道的多个发射的系统和方法
WO2014142924A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Inguran, Llc Apparatus and methods for high throughput sperm sorting

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106807459A (zh) * 2016-12-13 2017-06-09 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种微流控芯片及其制备方法、应用
CN106872339A (zh) * 2017-01-10 2017-06-20 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种粒子排序方法及其装置和用途
WO2019200518A1 (zh) * 2018-04-16 2019-10-24 清华大学 用于流式检测的多激光光束整形系统及方法
CN112714672A (zh) * 2018-05-31 2021-04-27 唐纳森公司 用于燃料系统的液滴传感器
CN110577888A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 洛阳华清天木生物科技有限公司 一种微流控芯片及包括其的系统
CN110577888B (zh) * 2018-06-07 2023-08-29 洛阳华清天木生物科技有限公司 一种微流控芯片及包括其的系统
CN116337728A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 天津大学 一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置
CN116337728B (zh) * 2023-05-30 2023-08-18 天津大学 一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160231223A1 (en) 2016-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105987870A (zh) 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片
US11666946B2 (en) Microparticle sorting method and microchip for sorting microparticles
US11446665B2 (en) Hydrodynamic focusing apparatus and methods
US9835540B2 (en) Devices and methods for manipulating components in a fluid sample
US9588036B2 (en) Microchip for sorting micro particles and cartridge including same
US20110189650A1 (en) Microfluidic cell sorter with electroporation
JP2010181349A (ja) 使い捨てチップ型フローセルとそれを用いたフローサイトメーター
WO2014017186A1 (ja) 微小粒子測定装置及び微小粒子測定装置における送液方法
KR20120048639A (ko) 세포 분석을 행하는 방법 및 장치
WO2019194165A1 (en) Microchip, microparticle measuring device, and microparticle measuring method
US20210372917A1 (en) Method for optimizing microparticle suction conditions, microparticle sorting device, microparticle sorting system, and microparticle sorting program
US20220396757A1 (en) Method of collecting fine particles, microchip for sorting fine particles, device for collecting fine particles, method of producing emulsion, and emulsion
JP2021175984A (ja) 粒子分取装置及び粒子分取方法
EP3582895B1 (en) Microchip and microparticle fractionating device
US11726027B2 (en) Disposable injection moldable flow cell for use in flow cytometry
CN219016019U (zh) 细胞流式分选装置
US20230296488A1 (en) Microparticle sorting device and microparticle sorting method
Terazono et al. Cell-sorting system with on-chip imaging for label-free shape-based selection of cells
WO2022187608A1 (en) Systems and methods for concentrating sorted cell populations
CN114556085A (zh) 微粒分选微芯片的灌注方法、微粒分选方法、微粒分选装置和程序

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20180321

Address after: 101111 Beijing branch of Beijing economic and Technological Development Zone Street 88 Hospital No. 10 Building Room 101

Applicant after: CAPITALBIO TECHNOLOGY CO., LTD.

Applicant after: Tsinghua University

Address before: 102206 Beijing City, Changping District Life Science Park Road No. 18

Applicant before: CAPITALBIO CORPORATION

Applicant before: Tsinghua University

TA01 Transfer of patent application right
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161005

RJ01 Rejection of invention patent application after publication