CN108359639B - 一种循环肿瘤细胞捕获系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环肿瘤细胞捕获系统。解决现有技术中循环肿瘤细胞捕获人工操作复杂繁琐，工作效率低下的问题。系统包括样本处理管和仪器主体，在仪器主体内设置有若干功能单元，功能单元包括有结构支架和盖板，安装在结构支架上的功能单元控制电路板、液体控制机构、气压控制机构和样本管理操作机构，样本处理管安装在样本管理操作机构内。本发明能自动化的完成所有细胞分离、清洗、试剂添加等操作步骤。相比于人工操作，本发明系统使得原有繁复的人工操作自动化标准化，无需专业培训人员，避免了人为操作失误和人工操作的差异性。

Description

一种循环肿瘤细胞捕获系统

技术领域

本发明涉及一种医疗设备技术领域，尤其是涉及一种循环肿瘤细胞捕获系统。

背景技术

循环肿瘤细胞是由实体瘤释放到外周血的肿瘤细胞。部分循环肿瘤细胞直接导致和参与了肿瘤的转移和复发。传统的组织活检局限于对患者的手术要求，如部分患者身体状况不适合手术，特殊病灶位置不能穿刺，以及肿瘤活检样本的异质性。而循环肿瘤细胞的检测侵入性小，适用各类患者无局限，可用以早期诊断、风险分级和复发的早期检查，并且可以多次检测实时动态监控疗效评估用药效果，具有巨大优势。

循环肿瘤细胞在循环外周血中的含量极低，对于转移性肿瘤患者其出现频率也只有正常白细胞的不足百万分之一（白细胞：4~11x10⁶/mL，CTC：1~10/mL），捕获难度极大。目前充血样样本中捕获循环肿瘤细胞的各种方法可大致分为两类，包括识别细胞表面特异性抗原的免疫亲和法和根据细胞物理特性的筛选法。第一类基于免疫亲和法为目前临床广泛使用的方法。此方法包括阳性富集和阴性富集两种策略。阳性富集针对肿瘤相关的特异性抗原，分离的循环肿瘤细胞有较高的纯度。但是由于特异性抗原的表达和表达程度的不同，阳性富集策略会导致较高的假阴性，有较高的漏检可能性。阴性富集策略通过去除正常造血细胞截取剩余细胞，使得阴性富集法对循环肿瘤细胞的分离不依赖抗体选择。第二类方法利用细胞的大小、性状和密度，基于离心和过滤对细胞进行分离。此方法简单易行，但是细胞纯度相对较低。

另外目前循环肿瘤细胞捕获都是依靠人工进行操作，但由于人工操作过程复杂繁琐，且操作要求高，需要专业培训人员，并且由于人工操作还存在人为操作失误和人工操作的差异性。而且人工操作时间长，效率低下，单日样本处理数量少，无法满足各类医疗机构的需求。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中循环肿瘤细胞捕获人工操作复杂繁琐，工作效率低下的问题，提供了一种全自动化、操作方便、工作效率高的循环肿瘤细胞捕获系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种循环肿瘤细胞捕获系统，包括样本处理管和与之配套的仪器主体，在仪器主体内设置有若干对处理样本处理管内样本进行处理的功能单元，功能单元包括有结构支架和盖板，安装在结构支架上的功能单元控制电路板、液体控制机构、气压控制机构和样本管理操作机构，样本处理管安装在样本管理操作机构内，所述样本处理管包括管体，管体内设置有左右相分隔的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体在内腔底部相连通，在管体的第一腔体顶部上设置有疏水透气的进样口机构，在第二腔体顶部设置有疏水透气的进气口机构，在管体底部设置有具有血样滤膜的出样口机构，在第二腔体管体侧壁上设有试剂包，所述进样口机构、进气口分别与气压控制机构连接，出样口机构与液体控制机构连接。本发明中样本处理管为一次性使用塑料装置，用于盛放血液样本，仪器由功能单元通过液体控制机构、气压控制机构和样本管理操作机构自动对血液样本进行过滤，加入试剂进行搅拌，处理后清洗，最终获得处理后的样本。本系统提供了全自动化捕获循环肿瘤的装置，克服了现有循环肿瘤细胞捕获率低、纯度低和人工操作复杂繁琐的问题。气压控制机构用于对样本处理管内样本进行搅拌，完成样本混合和清洗；液体控制机构用于对样本处理管内液体进行抽取、注入；样本管理操作机构用于控制加入试剂包试剂，并对样本进行温育。

作为上述方案的一种优选方案，所述进样口机构包括设置在第一腔体顶部的进样口和盖置在进样口上的进样口盖，在进样口盖上设有第一镂空，所述进气口机构包括设置在第二腔体顶部的第二镂空，在第一镂空和第二镂空内均设置有疏水透气膜，所述出样口机构包括设置在管体底部的出样口和盖置在出样口上的出样口盖，所述血样滤膜设置在出样口上，出样口盖底部开孔，在孔上设置有一片塑料薄膜。本方案中第一缕空和第二缕空被气压控制机构用于进行施加不同气压，使得第一腔体和第二腔体形成不同气压，通过交替施加两个不同的气压，就会起到对液体搅拌均匀的操作。疏水透气膜能通过气体但对液体进行隔绝，该疏水透气膜可以采用特氟龙疏水透气膜，特氟龙疏水透气膜可由但不限超声键合固定于第一镂空、第二镂空处形成通气孔。处样口形成流通通道，滤膜由在出样口处的橡胶环密封，保证液路无遗漏，出样口盖由底部的塑料薄膜进行密封。

作为上述方案的一种优选方案，在第二腔体侧壁上设有若干开口，所述试剂包密封嵌置在开口内，试剂包由铝塑膜热压构成，在试剂包内封装有试剂。试剂包内的试剂为造血细胞抗体修饰的磁珠、肿瘤细胞特异性抗体修饰的磁珠、或是链霉亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的抗体混合物。就利用阴性富集法捕获循环肿瘤细胞来说，抗体组合包括但不限于CD45、CD16、CD19、CD163和CD235a，磁珠的大小可以是但不限于0.2um或1um。试剂包的外壳由铝塑膜热压成型，在加入试剂后，把另外一张铝塑膜覆盖在乘有试剂的铝塑外壳上，利用热压密封，形成试剂包。当在铝塑外壳上施加足够压力时，铝塑膜破裂释放试剂。此铝塑试剂包可防止水分流失、避光和隔绝气体，使封装在内的试剂长期保持活性不失效。

作为上述方案的一种优选方案，所述滤膜为微机械加工微孔滤膜或塑料微孔滤膜，滤膜中间设置中心滤孔区，中心滤孔区为规则排列的六边形滤孔阵列，滤孔阵列的边长为0.8mm—1mm，滤孔阵列的滤孔为长型通孔，孔宽为6 um—8um，孔长为35 um—45um，孔间距为8um—12um。本方案中滤孔使得大于8um的细胞截取在滤孔上但不堵塞滤孔，截取的细胞可以轻易的反冲下来。

作为上述方案的一种优选方案，仪器主体包括外壳和主体底座，功能单元排列设置在外壳内，在壳体上设置有触摸显示屏，在外壳的侧面上设置有开关、USB插口、液路入口、液路出口和液位传感器接头，液路入口和液路出口分别连接处理液瓶和废液瓶，液位传感器接头连接对处理液瓶和废液瓶液位进行检测的液位传感器，在壳体后侧上设置有电源模块、仪器控制电路板和风扇，开关、USB插口、液位传感器接头、电源模块分别连接在仪器控制电路板上，各功能单元通过电缆并联在仪器控制电路板上。本方案中一个或多个功能单元与仪器控制电路板构成一台仪器，多个功能单元并联于一个仪器控制电路板可构成一个多通道仪器，可同时处理多个样本处理管中的血液样本。样本处理管中的反应流程和步骤由仪器控制电路板中的微控制器根据血样处理方法流程定义，在一个步骤结束后发给功能单元控制电路板上的微控制器执行下一个步骤。液位传感器接头设有两个，分别对处理液瓶和废液瓶内液位进行检测。当处理液瓶中处理液少于一定体积时，液位传感器提示预警。当废液瓶中的废液多于一定体积时，液位传感器提示预警。触摸显示屏用于操作仪器的使用和显示仪器的工作状态。开关用于打开和关闭仪器。USB插口用于连接如但不限于条码扫描器等设备。

作为上述方案的一种优选方案，所述样本管理操作机构包括用于放置样本处理管的插槽，插槽通过插槽支架固定在结构支架上，在插槽底部连接有连接出样口机构的插座，在插槽表面上设置有检测样本处理管内液位的液位传感器电路板，在插槽样本处理管内样本加热的薄膜加热器，在插槽一侧的插座支架上设置有若干挤压样本处理管上试剂包的柱塞电机，在插槽另一侧于插槽支架上设置有垂直插槽侧面方向移动的直线步进电机，在直线步进电机的丝杆前端设置有永磁铁支架，永磁铁支架上固定有永磁铁，在直插槽支架上还设置有与执行步进电机平行的直线导轨，直线导轨上滑动设置有滑动块，永磁铁支架与滑动块相固定，在直插槽支架靠永磁铁一侧安装有限位开关。本方案中样本处理管插入设置在插槽内，样本处理管的出样口机构则插入在插座内，插座为样本处理管与液体控制模块的接入口。位传感器电路板包括液位传感器，能对插槽内样本处理管的高低液位进行检测，该液位传感器可以采用多个反射型光传感器进行检测。薄膜加热器用于对样本处理管内样本进行加热。柱塞电机具有多个，能分别对样本处理管侧面的试剂包进行挤压，使得试剂能释放到样本处理管内。直线步进电机位于插槽一侧，直线步进电机运动方向垂直于插槽侧面，直线步进电机能带动永磁铁进行靠近和远离插槽，控制永磁铁的位置，以控制样本处理管内磁珠的反应和运动，当需要在样本处理管内混匀磁铁时，永磁铁放置于距离样本处理管插槽远处，当需要收集磁珠于样本处理管内壁时，永磁铁放置于样本处理管侧壁位置。直线滑轨和滑动块能保证永磁铁支架运动更加顺畅，同时也对永磁铁支架运动起到导向作用。限位开关用于定义永磁铁支架的初始位置。

作为上述方案的一种优选方案，所述盖板一端通过铰链安装在结构支架上，位于样本处理管上方，在盖板内设置有与气压控制模块连通的第一真空吸盘和第二真空吸盘，盖板盖下时，第一真空吸盘和第二真空吸盘分别压在样本处理管的第一镂空和第二镂空上，在盖板远离铰链一端上设置有磁铁。本方案中盖体用于盖置在功能单元上，同时盖体将样本处理管与气压控制模块相连通。气压控制模块通过第一真空吸盘和第二真空吸盘交替对样本处理管内的第一腔体和第二腔体施加真空和大气压，可以引起液体在两个腔体内流动，搅拌均匀液体和试剂。磁体用于紧闭盖板与仪器主体上。

作为上述方案的一种优选方案，所述液体控制机构包括蠕动泵、液体二向阀、流路基板、流路管检测传感器电路板和液路接头，流路基板固定在结构支架上，液体二向阀设有四个，液体二向阀设置在流路基板上，四个液体双向阀之间通过通道依次相连，在流路基板上设有第一液路接口、第二液路接口、第三液路接口、第四液路接口和第五液路接口，第一液路接口连接至处理液瓶，第二液路接口连接至样本处理管，第三液路接口连接至废液瓶，第四液路接口和第五液路接口由液路管连接至蠕动泵的两个液路接头，第一液路接口、第二液路接口、第三液路接口、第四液路接口、第五液路接口与四个液体二向阀之间通过若干通道相连通，构成由处理液瓶到废液瓶、处理液瓶到样本处理管、样本处理管到废液瓶的三条流路，流路管检测传感器电路板上设有检测三条流路充液状态的传感器，流路管检测传感器电路设置在功能单元控制电路板上，蠕动泵、液路接头设置在结构支架上。本方案中液体二向阀和液路基板定义了由处理液瓶到废液瓶、处理液瓶到样本处理管、样本处理管到废液瓶的三条流路，液体流速由蠕动泵转速进行调节。三个流路中充液状态由液路管检测传感器电路板上传感器检测，并结合蠕动泵、液体二向阀和液路基板系统工作。液体控制模块对样本处理管进行加入处理液、排出废液和清洗细胞等操作。液体双向阀包括第一液体双向阀、第二液体双向阀、第三液体双向阀和第四液体双向阀，它们包括位于同一侧的第一端口和位于相同另一侧的第二端口，第一液体双向阀第一端口通过通道与第一液路接口相连，第一液体双向阀第二端口与第二液体双向阀第二端口通过管路相连，第四液路接口连接在第一液体双向阀第二端口与第二液体双向阀第二端口之间的管路上，第二液体双向阀第一端口与第三液体双向阀第一端口通过管路相连，第二液路接口连接在第二液体双向阀第一端口与第三液体双向阀第一端口之间的管路上，第三液体双向阀第二端口与第四液体双向阀第二端口通过管路相连，第五液路接口连接在第三液体双向阀第二端口与第四液体双向阀第二端口之间的管路上，第四液体双方阀第一端口通过管路与第三液路接口相连。当打开第一液体双向阀和第四液体双向阀时，开启有处理液瓶到废液瓶的流路，可对流路充液或是流路清洗。当打开第一液体双向阀和第三液体双向阀时，开启由处理液瓶到样本处理管的流路，可对样本处理管注入处理液。当打开第二液体双向阀和第四液体双向阀时，开启由样品处理管道废液瓶的流路，可用于从样品处理管中排出废液。

作为上述方案的一种优选方案，气压控制机构包括真空泵、气体二向阀、气压缓冲腔、气体三向阀模块和气压传感器，真空泵和气压缓冲腔设置在功能单元控制电路板上，真空泵通过气体二向阀与气压缓冲腔连接，气体三向阀模块包括两个气体三向阀，气体三向阀包括常闭端、常开端和连接端，常闭端连接至气压缓冲泵，常开端连通大气，两个气体三向阀的连接端分别连接至盖板的第一真空吸盘和第二真空吸盘上。本方案中气压传感器检测气压缓冲腔中的气压，与真空泵、气体二向阀共同形成反馈控制回路，控制气压缓冲腔中气压在一个范围内。当气压缓冲腔中负压高于所设范围最高值时，开启真空泵和气体二向阀，直至气压降至该范围的最低值，关闭真空泵和气体二向阀。

作为上述方案的一种优选方案，所述插座包括插座主体，在插座主体表面上开孔形成有供出样口盖插入的插口，插口的底部上设置有液路孔，在插座底部设置有液路接口，液路孔与液路接口连接形成通路，在插口内壁上设置有出样口盖密封圈，在插口底部上围绕液路孔设置有出样口盖底密封圈，在液路孔内壁上设置有三角形突刺，三角形突刺的尖端凸起在液路孔外。本方案中底座主体由但不限于金属加工制成。插口的直径可刚好供样本处理管的出样口盖插入。安装在插口内壁和底部的出样口密封圈和出样口底密封圈保证样本处理管插入插座后与液体控制机构连接无漏液。三角形突刺在样本处理管插入插口并接近插口底部时，刺破出样口盖的塑料密封膜，联通样本处理管内的腔体和功能单元的液路控制机构。

因此，本发明具利用一个样本处理管和配套的仪器实现了循环肿瘤细胞捕获的全自动化操作流程，只需将加入血样的样本处理管插入到仪器的功能单元，系统能自动化的完成所有细胞分离、清洗、试剂添加等操作步骤。相比于人工操作，本发明系统使得原有繁复的人工操作自动化标准化，无需专业培训人员，避免了人为操作失误和人工操作的差异性。且配套仪器的样本处理通量具有高度扩展性，可根据需求增加或减少仪器的功能单元，改变仪器的单日样本处理数量，满足各类医疗机构的需求。本发明系统相比其他微流控芯片技术捕获循环肿瘤，捕获的循环肿瘤细胞可以轻易从样本处理管中取出，方便衔接后续各种分析、检测和培养，具有高度的应用开放性。

附图说明

图1是本发明中样本处理管的一种结构示意图；

图2是本发明的样本处理管的剖面结构示意图；

图3是本发明中滤膜的一种结构示意图；

图4是本发明中功能单元的一种结构示意图；

图5是本发明中液路基板的一种结构示意图；

图6是本发明中盖板的一种结构示意图；

图7是本发明中插座的一种剖视结构示意图；

图8是本发明中样本管理操作机构；

图9是本发明中柱塞电机的一种结构示意图；

图10是本发明中单通道仪器的一种结构示意图；

图11是本发明中四通道仪器的一种结构分解示意图。

100-样本处理管 101-管体 102-试剂包 104-进样口 105-进样口盖 106-出样口107-出样口盖 108-滤片 109-第一镂空 110-第二镂空 111-塑料薄膜 201-第一腔体202-第二腔体 203-隔板 204-间隙 301-滤孔阵列 302-滤孔 400-功能单元 401-结构支架 402-功能单元控制电路板 403-插座 404-蠕动泵 405-液体二向阀 406-液路基板407-流路管检测传感器电路板 408-液路接头 409-真空泵 410-气体二向阀 411-气压缓冲腔 412-气体三向阀模块 413-气压传感器 414-插槽 415-插槽支架 416-液位传感器电路板 417-薄膜加热器 418-直线导轨 419-磁铁支架 420-永磁铁 421-柱塞电机 502-第一液体双向阀 503-第二液体双向阀 504-第三液体双向阀 505-第四液体双向阀 506-第一液路接口 507-第二液路接口 508-第三液路接口 509-第四液路接口 510-第五液路接口 511-通道 512-安装孔 513-固定孔 600-盖板 601-铰链 602-第一真空吸盘 603-第二真空吸盘 604-磁铁 701-插座主体 702-插口 703-出样口盖密封圈 704-出样口盖底密封圈 705-三角形突刺 706-液路孔 707-液路接口 800-样本管理操作机构 801-插槽支架802-限位开关 803-直线步进电机 804-第一光传感器 805-第二光传感器 806-第三光传感器 901-柱塞步进电机 902-齿轮箱 903-螺纹轴 904-柱塞 905-柱塞支架 906-光耦传感器电路板 907-凸条 908-直槽 909-柱塞支架安装孔 1000-仪器主体 1001-外壳 1003-触摸显示屏 1004-开关 1005-USB插口 1006-液路入口 1007-液路出口 1008-液路传感器接头 1100-四通道仪器 1102-主体底座 1103-第一功能单元 1104-第二功能单元 1105-第三功能单元 1106-第四功能单元 1108-电源模块 1109-仪器控制电路板 1112-电源插口 1113-风扇。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

本实施例一种循环肿瘤细胞捕获系统，包括样本处理管100和与之配套的仪器主体1000。如图1所示，这里仪器主体以单通道仪器为例，仪器主体包括外壳1001和主体底座，在外壳内设置有一个对处理样本处理管内样本进行处理的功能单元400，功能单元包括有结构支架401和盖板600，安装在结构支架上的功能单元控制电路板402、液体控制机构、气压控制机构和样本管理操作机构800，样本处理管安装在样本管理操作机构内。如图10所示，在外壳上表面设置有槽口供盖体露出。在壳体上设置有触摸显示屏1003，在外壳的侧面上设置有开关1004、USB插口1005、液路入口1006、液路出口1007和液位传感器接头1008，液路入口和液路出口分别连接处理液瓶和废液瓶，液位传感器接头连接对处理液瓶和废液瓶液位进行检测的液位传感器。在壳体后侧上设置有电源模块、仪器控制电路板和风扇，开关、USB插口、液位传感器接头、电源模块分别连接在仪器控制电路板上，功能单元通过电缆连接在仪器控制电路板上。

如图1和图2所示，样本处理管包括管体101，管体内设置有隔板203将管体内分隔为左右分离的第一腔体201和第二腔体202，隔板下端与管体底部设有空隙204，使得第一腔体和第二腔体在内腔底部相连通。在管体的第一腔体顶部上设置有疏水透气的进样口机构，在第二腔体顶部设置有疏水透气的进气口机构，在管体底部设置有具有血样滤膜的出样口机构，在第二腔体管体侧壁上设有试剂包102，进样口机构、进气口分别与气压控制机构连接，出样口机构与液体控制机构连接。

如图1所示，进样口机构包括设置在第一腔体顶部的进样口104和盖置在进样口上的进样口盖105，在进样口盖上设有第一镂空109。进气口机构包括设置在第二腔体顶部的第二镂空110，在第一镂空和第二镂空内均设置有疏水透气膜，该疏水透气膜采用特氟龙疏水透气膜。

出样口机构包括设置在管体底部的出样口106和盖置在出样口上的出样口盖107，血样滤膜108设置在出样口上，出样口盖底部开孔，在孔上设置有一片塑料薄膜111。滤膜为微机械加工微孔滤膜或塑料微孔滤膜，本实施例中微机械加工微孔滤膜为例，微机械加工滤膜可由但不限于使用紫外光刻技术在单晶硅，多晶硅或是金属片上利用但不限于离子刻蚀技术、湿法腐蚀、置换或电镀加工而成。如图3所示，滤膜中间设置中心滤孔区，中心滤孔区为规则排列的六边形滤孔阵列301，滤孔阵列的边长为1mm，滤孔阵列的滤孔302为长型通孔，孔宽为8um，孔长为40 um，孔间距为10um。

在第二腔体侧壁上设有两个开口，两个试剂包分别密封嵌置在开口内，试剂包由铝塑膜热压构成，在试剂包内封装有试剂。试剂包内的试剂为造血细胞抗体修饰的磁珠、肿瘤细胞特异性抗体修饰的磁珠、或是链霉亲和素修饰的磁珠和生物素修饰的抗体混合物。就利用阴性富集法捕获循环肿瘤细胞来说，抗体组合包括但不限于CD45、CD16、CD19、CD163和CD235a，磁珠的大小可以是但不限于0.2um或1um。试剂包的外壳由铝塑膜热压成型，在加入试剂后，把另外一张铝塑膜覆盖在乘有试剂的铝塑外壳上，利用热压密封，形成试剂包。当在铝塑外壳上施加足够压力时，铝塑膜破裂释放试剂。

如图6所示，盖板一端通过铰链601安装在结构支架上，位于样本处理管上方，在盖板内设置有与气压控制模块连通的第一真空吸盘602和第二真空吸盘603，盖板盖下时，第一真空吸盘和第二真空吸盘分别压在样本处理管的第一镂空和第二镂空上，在盖板远离铰链一端上设置有磁铁604，用于盖紧盖体。

如图4和图8所示，样本管理操作机构包括用于放置样本处理管的插槽414，插槽通过插槽支架801固定在结构支架上，在插槽底部连接有连接出样口机构的插座403，在插槽表面上设置有检测样本处理管内液位的液位传感器电路板416，在插槽样本处理管内样本加热的薄膜加热器417，在插槽一侧的插座支架上设置有若干挤压样本处理管上试剂包的柱塞电机421，在插槽另一侧于插槽支架上设置有垂直插槽侧面方向移动的直线步进电机803，在直线步进电机的丝杆前端设置有永磁铁支架419，永磁铁支架上固定有永磁铁420，在直插槽支架上还设置有与执行步进电机平行的直线导轨418，直线导轨上滑动设置有滑动块，永磁铁支架与滑动块相固定，在直插槽支架靠永磁铁一侧安装有限位开关802。

如图7所示，插座403包括插座主体701，在插座主体表面上开孔形成有供出样口盖插入的插口702，插口的底部上设置有液路孔706，在插座底部设置有液路接口707，液路孔与液路接口连接形成通路，在插口内壁上设置有出样口盖密封圈703，在插口底部上围绕液路孔设置有出样口盖底密封圈704，在液路孔内壁上设置有三角形突刺705，三角形突刺的尖端凸起在液路孔外。插口的直径可刚好供样本处理管的出样口盖插入。安装在插口内壁和底部的出样口密封圈和出样口底密封圈保证样本处理管插入插座后与液体控制机构连接无漏液。三角形突刺在样本处理管插入插口并接近插口底部时，刺破出样口盖的塑料密封膜，联通样本处理管内的腔体和功能单元的液路控制机构。

液位传感器电路板包括三个反射型的第一光传感器804、 第二光传感器805和第三光传感器806。反射型光传感器由一个发光二极管和一个光电二极管集成组成。如果反射型光传感器所在位置的腔室位置无液体，发光二极管发出的光由样品处理管的外壁和内壁反射两次。当腔室有液体，由于液体的折射率和塑料相近，光仅由样品处理管塑料管的外壁反射一次。这个微弱的光信号差别由光电二极管接收并由校准放大电路检测。第二光传感器和第三光传感器并排设置在液位传感器电路板上部，用于检测液体混匀操作中第一腔体和第二腔体内的最高液位。第一光传感器设置在第三光传感器的下方，用于检测样本处理管靠下部分位置的液面。为了配合光传感器，在插槽的侧面设置有与者三个光传感器对应位置的镂空。

薄膜加热器有两组，分别安装在样本处理管操作机构的插槽和插座的外侧。薄膜加热器的邻近处安装有温度传感器，与加热器形成反馈控制回路。每隔一段时间根据温度传感器的温度读取由比例-积分-微分控制算法（PID算法）计算出薄膜加热器的输出功率，保持插槽和插座的温度控制在一个稳定的数值。隔热泡沫垫包裹于薄膜加热器的外部，减少散热损失。

如图9所示，柱塞电机设置有两个，柱塞电机包括柱塞步进电机901、齿轮箱902、螺纹轴903、柱塞904、柱塞支架905和光耦传感器电路板906。柱塞支架为U形，在U形的两个端头上向外翻边形成固定沿，在固定沿上设置有柱塞支架安装孔，通过螺栓将柱塞支架固定在结构支架上。柱塞电机输出轴连接齿轮箱，齿轮箱固定在柱塞支架底部外侧上，齿轮箱输出轴连接螺纹轴，螺纹轴穿入到柱塞支架U形内部，柱塞设置在柱塞支架U形内部，螺纹轴前端连接在柱塞底部上。在柱塞上下两侧设置有凸条，在柱塞支架两侧上设置有对应的直槽908，保证柱塞直线运动而没有旋转。光耦传感器电路板安装在柱塞支架侧面外表面上，定义柱塞的初始位置。当需要释放样本处理管上的试剂包中的试剂时，柱塞电机伸出柱塞一段距离并挤压试剂包外壳，试剂包于样本处理管的第二腔体内破裂并释放试剂。柱塞的运动距离由柱塞步进电机的运动步数控制，柱塞的运动速度由柱塞步进电机的转速控制。

如图4所示，液体控制机构包括蠕动泵404、液体二向阀405、流路基板406、流路管检测传感器电路板407和液路接头408，流路基板通过固定孔513固定在结构支架上，液体二向阀设有四个，液体二向阀通过安装孔512规定在流路基板上，四个液体双向阀依次相连。如图5所示，在流路基板上设有第一液路接口506、第二液路接口507、第三液路接口508、第四液路接口509和第五液路接口510，第一液路接口连接至处理液瓶，第二液路接口连接至样本处理管，第三液路接口连接至废液瓶，第四液路接口和第五液路接口由液路管连接至蠕动泵的两个液路接头。第一液路接口、第二液路接口、第三液路接口、第四液路接口、第五液路接口与四个液体二向阀之间通过若干通道511相连通，构成由处理液瓶到废液瓶、处理液瓶到样本处理管、样本处理管到废液瓶的三条流路，流路管检测传感器电路板上设有检测三条流路充液状态的传感器。流路管检测传感器电路设置在功能单元控制电路板上，蠕动泵、液路接头设置在结构支架上。在系统工作中，当打开第一液体双向阀和第四液体双向阀时，开启有处理液瓶到废液瓶的流路，可对流路充液或是流路清洗。当打开第一液体双向阀和第三液体双向阀时，开启由处理液瓶到样本处理管的流路，可对样本处理管注入处理液。当打开第二液体双向阀和第四液体双向阀时，开启由样品处理管道废液瓶的流路，可用于从样品处理管中排出废液。

如图4所示，气压控制机构包括真空泵409、气体二向阀410、气压缓冲腔411、气体三向阀模块412和气压传感器413。真空泵和气压缓冲腔设置在功能单元控制电路板上，真空泵通过气体二向阀与气压缓冲腔连接。气体三向阀模块包括两个气体三向阀，气体三向阀包括常闭端、常开端和连接端，常闭端连接至气压缓冲泵，常开端连通大气，两个气体三向阀的连接端分别连接至盖板的第一真空吸盘和第二真空吸盘上。气压传感器检测气压缓冲腔中的气压，当气压缓冲腔中负压高于所设范围最高值时，开启真空泵和气体二向阀，直至气压降至该范围的最低值，关闭真空泵和气体二向阀。

一种循环肿瘤细胞捕获系统控制方法，包括以下步骤：

S1.仪器主体开启后初始化，在样本处理管插入到功能单元插槽中后启动处理；功能单元自检并记录各个机构状态，仪器控制电路板问询各功能单元状态信息，初始化触摸屏菜单。样本处理管插入到功能单元插槽中后在触摸屏菜单上选择对应功能单元，启动样品处理流程。

S2.由薄膜加热器进行加温，对样品处理管中血液样本温育一段时间，温育结束后通过液体控制机构开启样本处理管道废液瓶的流路，从样本处理管中抽出液体排放掉；在这过程中较小的红细胞和血小板被排除，较大的造血细胞和循环肿瘤细胞被样品处理管出样口处的滤膜拦截。

S3.通过液体控制机构开启处理液瓶到样本处理管的流路，向样本处理管内泵入处理液，气压控制机构交替打开气体三向阀，混匀液体，然后通过液体控制机构开启样本处理管到废液瓶的流路，排出废液；向样本处理管内泵入处理液，对滤膜上拦截的细胞进行清洗。根据需要反复进行步骤3。

S4.通过液体控制机构开启处理液瓶到样本处理管的流路，向样本处理管中泵入处理液，开启一个柱塞电机压破试剂包，释放生物素修饰的造血细胞表面抗体混合物，气压控制机构交替打开气体三向阀，混匀样品和试剂，由薄膜加热器进行加温，对样品处理管中血液样本温育一段时间，温育结束后通过液体控制机构开启样本处理管到废液瓶的流路，排出废液；

S5.通过液体控制机构开启处理液瓶到样本处理管的流路，向样本处理管中泵入处理液，开启第二个柱塞电机压破试剂包，释放链霉亲和素修饰的磁珠，气压控制机构交替打开气体三向阀，混匀样品和试剂，由薄膜加热器进行加温，对样品处理管中血液样本温育一段时间，温育结束后通过液体控制机构开启样本处理管到废液瓶的流路，排出废液；

S6.控制永磁于样本移动至处理管侧面，等待一段时间，开启从样本处理管道废液瓶的流路，排出废液。最后从功能单元中取出样本处理管，拧下出样口盖，取出捕获循环肿瘤细胞的滤膜，放置于多孔板、培养皿或是载玻片上进行下一步培养或分析检测。

本发明全自动实现饿了循环肿瘤细胞捕获过程，系统自动化完成所有细胞分离、清洗、试剂添加等操作步骤，避免了认为操作失误和人工操作的差异性。

实施例2：

本实施例中以四通道仪器为例，如图11所示，结构包括外壳1001和主体底座1102。与实施例1中单通道仪器不同的是，功能单元设置有四个，分别为第一功能单元1103、第二功能单元1104、第三功能单元1105、第四功能单元1106，四个功能单元并排设置在外壳内。在外壳上表面设置有槽口供盖体露出。在壳体上设置有触摸显示屏1003，在外壳的侧面上设置有开关1004、USB插口1005、液路入口1006、液路出口1007和液位传感器接头1008，液路入口和液路出口分别连接处理液瓶和废液瓶，液位传感器接头连接对处理液瓶和废液瓶液位进行检测的液位传感器。在壳体后侧上设置有电源模块1108、仪器控制电路板1109、电源插口1112和风扇1113，开关、USB插口、液位传感器接头、电源模块分别连接在仪器控制电路板上，四个功能单元通过电缆并联在仪器控制电路板上。四通道仪器的功能单元的结构与实施例1中的一样。多通道仪器可同时处理多个样本处理管中的血液样本，提高了工作效率，满足各医疗机构的需求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了样本处理管、管体、试剂包、进样口等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征在于：包括样本处理管和与之配套的仪器主体，在仪器主体内设置有若干对样本处理管内样本进行处理的功能单元，功能单元包括有结构支架和盖板，安装在结构支架上的功能单元控制电路板、液体控制机构、气压控制机构和样本管理操作机构，样本处理管安装在样本管理操作机构内，所述样本处理管包括管体，管体内设置有左右相分隔的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体在内腔底部相连通，在管体的第一腔体顶部上设置有疏水透气的进样口机构，在第二腔体顶部设置有疏水透气的进气口机构，在管体底部设置有具有血样滤膜的出样口机构，在第二腔体管体侧壁上设有试剂包，所述进样口机构、进气口分别与气压控制机构连接，出样口机构与液体控制机构连接；所述进样口机构包括设置在第一腔体顶部的进样口和盖置在进样口上的进样口盖，在进样口盖上设有第一镂空，所述进气口机构包括设置在第二腔体顶部的第二镂空，在第一镂空和第二镂空内均设置有疏水透气膜，所述盖板一端通过铰链安装在结构支架上，位于样本处理管上方，在盖板内设置有与气压控制机构连通的第一真空吸盘和第二真空吸盘，盖板盖下时，第一真空吸盘和第二真空吸盘分别压在样本处理管的第一镂空和第二镂空上，在盖板远离铰链一端上设置有磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是所述出样口机构包括设置在管体底部的出样口和盖置在出样口上的出样口盖，所述血样滤膜设置在出样口上，出样口盖底部开孔，在孔上设置有一片塑料薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是在第二腔体侧壁上设有若干开口，所述试剂包密封嵌置在开口内，试剂包由铝塑膜热压构成，在试剂包内封装有试剂。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是所述滤膜为微机械加工微孔滤膜或塑料微孔滤膜，滤膜中间设置中心滤孔区，中心滤孔区为规则排列的六边形滤孔阵列，滤孔阵列的边长为0.8mm—1mm，滤孔阵列的滤孔为长型通孔，孔宽为6um—8um，孔长为35 um—45um，孔间距为8um—12um。

5.根据权利要求1所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是仪器主体包括外壳和主体底座，功能单元排列设置在外壳内，在壳体上设置有触摸显示屏，在外壳的侧面上设置有开关、USB插口、液路入口、液路出口和液位传感器接头，液路入口和液路出口分别连接处理液瓶和废液瓶，液位传感器接头连接对处理液瓶和废液瓶液位进行检测的液位传感器，在壳体后侧上设置有电源模块、仪器控制电路板和风扇，开关、USB插口、液位传感器接头、电源模块分别连接在仪器控制电路板上，各功能单元通过电缆并联在仪器控制电路板上。

6.根据权利要求2所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是所述样本管理操作机构包括用于放置样本处理管的插槽，插槽通过插槽支架固定在结构支架上，在插槽底部连接有连接出样口机构的插座，在插槽表面上设置有检测样本处理管内液位的液位传感器电路板，在插槽上设置对样本处理管内样本加热的薄膜加热器，在插槽一侧的插槽支架上设置有若干用于挤压样本处理管上试剂包的柱塞电机，在插槽另一侧于插槽支架上设置有垂直插槽侧面方向移动的直线步进电机，在直线步进电机的丝杆前端设置有永磁铁支架，永磁铁支架上固定有永磁铁，在插槽支架上还设置有与直线步进电机平行的直线导轨，直线导轨上滑动设置有滑动块，永磁铁支架与滑动块相固定，在直插槽支架靠永磁铁一侧安装有限位开关。

7.根据权利要求5所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是所述液体控制机构包括蠕动泵、液体二向阀、流路基板、流路管检测传感器电路板和液路接头，流路基板固定在结构支架上，液体二向阀设有四个，液体二向阀设置在流路基板上，四个液体二向阀之间通过通道依次相连，在流路基板上设有第一液路接口、第二液路接口、第三液路接口、第四液路接口和第五液路接口，第一液路接口连接至处理液瓶，第二液路接口连接至样本处理管，第三液路接口连接至废液瓶，第四液路接口和第五液路接口由液路管连接至蠕动泵的两个液路接头，第一液路接口、第二液路接口、第三液路接口、第四液路接口、第五液路接口与四个液体二向阀之间通过若干通道相连通，构成由处理液瓶到废液瓶、处理液瓶到样本处理管、样本处理管到废液瓶的三条流路，流路管检测传感器电路板上设有检测三条流路充液状态的传感器，流路管检测传感器电路板设置在功能单元控制电路板上，蠕动泵、液路接头设置在结构支架上。

8.根据权利要求1所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是气压控制机构包括真空泵、气体二向阀、气压缓冲腔、气体三向阀模块和气压传感器，真空泵和气压缓冲腔设置在功能单元控制电路板上，真空泵通过气体二向阀与气压缓冲腔连接，气体三向阀模块包括两个气体三向阀，气体三向阀包括常闭端、常开端和连接端，常闭端连接至气压缓冲腔，常开端连通大气，两个气体三向阀的连接端分别连接至盖板的第一真空吸盘和第二真空吸盘上。

9.根据权利要求6所述的一种循环肿瘤细胞捕获系统，其特征是所述插座包括插座主体，在插座主体表面上开孔形成有供出样口盖插入的插口，插口的底部上设置有液路孔，在插座底部设置有液路接口，液路孔与液路接口连接形成通路，在插口内壁上设置有出样口盖密封圈，在插口底部上围绕液路孔设置有出样口盖底密封圈，在液路孔内壁上设置有三角形突刺，三角形突刺的尖端凸起在液路孔外。

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