CN110044800B - 基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，包括微流控芯片，微流控芯片正上方设置有平行光源，微流控芯片下表面设置有无透镜传感器，无透镜传感器连接有数据处理模块。本发明实现了细胞的三维聚焦，便于细胞图像的采集；在主流控芯片的微通道中，由于三角阻碍平铺板的阻挡，在聚焦通道形成夹流聚焦液，使细胞液进行首次聚焦，在聚焦通道出口处两边样本缓冲液从鞘液通道流出再次对流出聚焦通道的细胞液进行聚焦，使细胞液中的细胞成单排、均匀地流过无透镜传感器图像采集区域，有利于无透镜成像和算法处理，采集到的细胞图像细节清晰，分辨率高，避免了细胞黏连、超越流动的问题。
Description
技术领域
本发明属于细胞检测装置技术领域，涉及基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪。
背景技术
近年来新兴的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点，已广泛应用于生物细胞分析及医疗领域。目前，微流控装置大都基于流体力学原理，利用微泵控制器进行微量进样，从而实现微流聚焦。其中，三叉型结构的微流控芯片应用最广，基本方法是在细胞液两侧端通入细胞稀释缓冲液，中间通入样本细胞液。这样有利于保护细胞液，并排除其它非检测颗粒运动的干扰，这种结构使细胞受两侧鞘液的裹挟下向前流动，同时因为两侧跟中间样本通道的夹角关系，中间样本细胞液受到由两侧向内的挤压力，使其聚焦在中间位置，从而实现微流聚焦。这样的微流控制方式保证了二维方向的聚焦控制，但是缺点在于垂直方向上无法进行微流控制，导致垂直方向上细胞分布散乱，容易发生细胞重叠，超越流动等现象，不利于细胞图像的采集和处理。由于无法缩短细胞到图像传感器的距离，采集到的细胞图像分辨率较低、细节信息少。
发明内容
本发明的目的是提供基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，解决了现有应用三叉型微流控芯片的流式细胞仪出现的细胞黏连、超越流动的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，包括微流控芯片，微流控芯片正上方设置有平行光源，微流控芯片下表面设置有无透镜传感器，无透镜传感器连接有数据处理模块；
微流控芯片中设置有两端缩口的微通道，微通道两端分别设置有样本入口和样本出口，微通道由主通道和鞘液通道构成，主通道两侧均设置有鞘液通道，鞘液通道与主通道相通，且鞘液通道能够单向流向主通道，主通道靠近样本出口一端设置有聚焦障碍组件。
本发明的特点还在于，
微通道中沿其长度方向设置有一对挡板，挡板头端位于微通道与样本入口连接端的端口，挡板尾端靠近微通道与样本出口的连接端，两个挡板分别与靠近其的微通道侧壁之间形成鞘液通道，两个挡板之间形成主通道。
挡板顶端与微通道顶壁之间的间隙为5-7μm，挡板与靠近其的微通道侧壁之间的间隙为5-7μm。
聚焦障碍组件包括分别与挡板尾端连接的两个三角阻碍平铺板，两个三角阻碍平铺板的一对对应边平行形成聚焦通道，聚焦通道与主通道首尾相连，且聚焦通道的宽度小于主通道的宽度。
聚焦通道的宽度为10μm-20μm。
样本入口和样本出口均为储液池
数据处理模块内设置有ASIC芯片。
数据处理模块内设置有嵌入式系统。
数据处理模块内设置有FPGA系统。
本发明的有益效果是：
本发明的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，成本低廉，制作周期短；集成度高，操作简单方便；实现了细胞的三维聚焦，便于细胞图像的采集；在主流控芯片的微通道中，由于三角阻碍平铺板的阻挡，在聚焦通道形成夹流聚焦液，使细胞液进行首次聚焦，在聚焦通道出口处两边样本缓冲液从鞘液通道流出再次对流出聚焦通道的细胞液进行聚焦，使细胞液中的细胞成单排、均匀地流过无透镜传感器图像采集区域，有利于无透镜成像和算法处理，采集到的细胞图像细节清晰，分辨率高，避免了细胞黏连、超越流动的问题。
附图说明
图1是本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪的结构示意图；
图2是本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪中微流控芯片的结构示意图。
图中，1.微流控芯片，2.平行光源，3.无透镜传感器，4.数据处理模块，5.微通道，6.样本入口，7.样本出口，8.主通道，9.鞘液通道，10.挡板，11.三角阻碍平铺板，12.聚焦通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，如图1所示，包括微流控芯片1，微流控芯片1正上方设置有平行光源2，微流控芯片1下表面设置有无透镜传感器3，无透镜传感器3连接有数据处理模块4。
数据处理模块4有三种结构，分别如下：
第一种结构，数据处理模块4内设置ASIC芯片；
第二种结构，数据处理模块4内设置嵌入式系统；
第三种结构，数据处理模块4内设置FPGA系统。
如图2所示，微流控芯片1中设置有两端缩口的微通道5，微通道5两端分别设置有样本入口6和样本出口7，样本入口6和样本出口7均为储液池，微通道5由主通道8和鞘液通道9构成，微通道5中沿其长度方向设置有一对挡板10，挡板10头端位于微通道5与样本入口6连接端的端口，挡板10尾端靠近微通道5与样本出口7的连接端，两个挡板10分别与靠近其的微通道5侧壁之间形成鞘液通道9，两个挡板10之间形成主通道8。主通道8靠近样本出口一端设置有聚焦障碍组件。挡板10顶端与微通道5顶壁之间的间隙为5-7μm，挡板10与靠近其的微通道5侧壁之间的间隙为5-7μm。鞘液通道9与主通道8相通，由于细胞的直径一般为8μm，鞘液通道9能够单向流向主通道8。
聚焦障碍组件包括分别与挡板10尾端连接的两个三角阻碍平铺板11，两个三角阻碍平铺板11的一对对应边平行形成聚焦通道12，聚焦通道12与主通道8首尾相连，且聚焦通道12的宽度小于主通道8的宽度，聚焦通道12的宽度为10μm-20μm。
本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪的工作方式具体如下：
本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪采集样本细胞液中的细胞图像时，样本细胞液由细胞和样本缓冲液混合而成，样本入口6和样本出口7分别连接有毛细导管a和毛细导管b，毛细导管a与微泵连接，打开平行光源2，平行光源2形成的平行光区覆盖在微通道5上，微泵将样本细胞液匀速缓慢注入微流控芯片1内部的样本入口6，样本细胞液由样本入口6流入微通道5中的鞘液通道9和主通道8，由于鞘液通道9宽度小于细胞直径，因此鞘液通道9中只有缓冲液流过，主通道8中有带有细胞的样本细胞液流动；
挡板10顶端与微通道5顶壁之间存在间隙且小于细胞溶液，因此主通道8中的细胞无法流入鞘液通道9，且由于鞘液通道9宽度小于主通道8，缓冲液从鞘液通道9两侧挡板10上方空隙流入主通道8，产生向下压的作用力，使细胞可以向下聚焦，同时，由于三角阻碍平铺板11的阻挡，产生阻碍主通道8中样本细胞液前向流动的压力，根据能量守恒定律，样本细胞液从主通道8流入聚焦通道12，流速跟截面积成反比，形成夹流聚焦液，使样本细胞液完成首次聚焦，在聚焦通道12出口处两侧鞘液通道9流出的缓冲液再次对细胞进行聚焦，使细胞单排、均匀地流过无透镜传感器3图像采集区域，无透镜传感器3将得到的样本行序列图像传送到数据处理模块4中，由数据处理模块4对收到的样本行序列图像进行识别、分类和计数，流入样本出口7的样本细胞液由毛细导管b排出。
通过上述方式，本发明基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，减少了注入微流控芯片1中样本细胞液的动力源，相比现有应用三叉型微流控芯片的流式细胞仪在使用时减少了两个微泵，操作简单，集成度高；微流控芯片1选用PDMS材料，透光性和可塑性高，使用平行光源2照射微通道5，相比点光源照射，细胞衍射干扰更小；采集到的细胞图像细节清晰，分辨率高，避免了细胞黏连、超越流动的问题。
传统的三叉型微流控芯片只有水平方向聚焦，通道高度25μm-30μm，大于细胞直径，细胞受流动剪切力矩不平衡，在通道中发生翻转和旋转，影响细胞成像；受微通道中层流影响，细胞发生超越流现象，影响血细胞计数。本发明所设置的微流控芯片1是三维方向的聚焦，细胞受向下鞘液流的压力不发生翻转和旋转，细胞成像会是一个中间凹陷的椭球形，细胞不会发生超越现象，细胞计数不会导致漏检。
Claims (7)
1.基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，包括微流控芯片（1），微流控芯片（1）正上方设置有平行光源（2），所述微流控芯片（1）下表面设置有无透镜传感器（3），所述无透镜传感器（3）连接有数据处理模块（4）；
所述微流控芯片（1）中设置有两端缩口的微通道（5），所述微通道（5）两端分别设置有样本入口（6）和样本出口（7），所述微通道（5）由主通道（8）和鞘液通道（9）构成，所述主通道（8）两侧均设置有鞘液通道（9），所述鞘液通道（9）与主通道（8）相通，且所述鞘液通道（9）能够单向流向主通道（8），所述主通道（8）靠近样本出口一端设置有聚焦障碍组件；
所述微通道（5）中沿其长度方向设置有一对挡板（10），所述挡板（10）头端位于微通道（5）与样本入口（6）连接端的端口，所述挡板（10）尾端靠近微通道（5）与样本出口（7）的连接端，两个所述挡板（10）分别与靠近其的微通道（5）侧壁之间形成鞘液通道（9），两个所述挡板（10）之间形成主通道（8）；
所述挡板（10）顶端与微通道（5）顶壁之间的间隙为5-7
，所述挡板（10）与靠近其的微通道（5）侧壁之间的间隙为5-7
。
2.根据权利要求1所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述聚焦障碍组件包括分别与挡板（10）尾端连接的两个三角阻碍平铺板（11），两个所述三角阻碍平铺板（11）的一对对应边平行形成聚焦通道（12），所述聚焦通道（12）与主通道（8）首尾相连，且聚焦通道（12）的宽度小于主通道（8）的宽度。
3.根据权利要求2所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述聚焦通道（12）的宽度为10
-20
。
4.根据权利要求1所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述样本入口（6）和样本出口（7）均为储液池。
5.根据权利要求1所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理模块（4）内设置有ASIC芯片。
6.根据权利要求1所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理模块（4）内设置有嵌入式系统。
7.根据权利要求1所述的基于微流控三维聚焦技术的流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理模块（4）内设置有FPGA系统。
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