CN110283714A - 基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及颗粒分选技术领域，公开了基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，包括箱体，箱体设有控制面板、加样腔、太赫兹检测区、清洗管、清洗液室、进样管、环形管、保护液管、出样管一、出样管二、微流泵、微流阀、蠕动泵、保护液腔室、废液室和出样口，太赫兹检测区包括太赫兹检测元件、旋转电机、第一支撑板、溢出液收集杯、第一支撑杆、第二支撑杆、第二支撑板、肿瘤细胞收集杯、检测杯、倾斜管、穿孔和细胞保护液。本发明实现了循环肿瘤细胞的分离、分析鉴定一体化，降低了操作复杂性，减少了检测分析时间，提高了循环肿瘤细胞被检出的精度，可收集鉴定后的循环肿瘤细胞以展开进一步的检测。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒分选技术领域，具体涉及基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置。
背景技术
循环肿瘤细胞是指由原发灶脱落后侵入血液循环的肿瘤细胞，循环肿瘤细胞能逃避机体免疫，在原发或远处脏器驻留，从而形成复发、转移病灶。循环肿瘤细胞检测在肿瘤早期诊断、预后判断、监控疗效和复发监测等方面具有重要的作用。
目前，主要通过CTC数量和蛋白表达来检测循环肿瘤细胞，检测过程中，先通过循环肿瘤细胞分离富集技术将循环肿瘤细胞从血液中分离出来，随后再进行分析鉴定，该检测方法需要开展2个步骤，实验操作复杂，检测时间长。另外，由于目前常用的分析鉴定技术需要使用荧光物质，故不能对分析鉴定后的循环肿瘤细胞展开进一步的检测。
资料显示，微流控可使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)，太赫兹波对水分子特别敏感，且太赫兹超材料能够敏锐检测到其表面水分子的改变，故本发明欲利用微流控和太赫兹超材料技术，将循环肿瘤细胞的分离和分析鉴定一体化，以达到减少操作时间和操作的复杂性、便于机械化控制、可对分析鉴定后的循环肿瘤细胞展开进一步的检测的目的。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种将循环肿瘤细胞的分离和分析鉴定一体化、可降低操作的复杂程度、减少操作时间、便于机械化控制、检测精度高、可对分析鉴定后的循环肿瘤细胞展开进一步检测的基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置。
为解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，包括箱体，所述箱体的顶部设有控制面板，所述箱体内设有加样腔和太赫兹检测区；所述加样腔的侧壁的顶端设有清洗管，所述清洗管背离加样腔的端部设有清洗液室；所述加样腔的底部设有进样管，所述进样管背离加样腔的端部设有环形管，所述进样管和环形管的直径均为30-33μm，所述环形管设有与环形管相通的保护液管、出样管一和出样管二，所述出样管一的直径为18-21μm，所述出样管二的直径为22-33μm；所述清洗管、进样管、保护液管、出样管一和出样管二均设有微流泵，所述进样管、保护液管、出样管一和出样管二均设有微流阀，所述环形管设有蠕动泵；所述保护液管背离环形管的端部设有保护液腔室，所述出样管一背离环形管的端部设有废液室，所述出样管二背离环形管的端部设有出样口；
所述太赫兹检测区包括太赫兹检测元件和旋转电机，所述旋转电机的顶部设有第一支撑板，所述第一支撑板的顶部的中心设有溢出液收集杯，所述第一支撑板的外边缘设有伸向箱体的顶部的第一支撑杆和多个等距分布且伸向箱体的顶部的第二支撑杆，所述第一支撑杆背离第一支撑板的端部设有第二支撑板，所述第二支撑板的顶部设有肿瘤细胞收集杯，所述肿瘤细胞收集杯所在的水平面位于出样口所在的水平面和太赫兹检测元件所在的水平面之间；所述第二支撑杆背离第一支撑板的端部设有检测杯，所述检测杯的底部为立体太赫兹超材料设计，所述检测杯所在的水平面位于出样口所在的水平面和太赫兹检测元件的顶部所在的水平面之间，所述第二支撑杆与检测杯的外侧壁相连，所述检测杯的外侧壁的顶部设有与检测杯相通的倾斜管，所述溢出液收集杯的侧壁的顶部设有供倾斜管的低端插入的穿孔；所述检测杯的直径比出样管二的直径大2-4μm，所述检测杯的底部到检测杯的顶端的倾斜管处的距离与出样管二的直径相同；所述检测杯内设有细胞保护液，所述细胞保护液的液面位于倾斜管与检测杯接触的管口的下边缘；所述太赫兹检测元件、微流阀、微流泵和旋转电机均与控制面板电性连接。
进一步的，所述第一支撑板的顶部设有第一固定槽，所述溢出液收集杯位于第一固定槽内；便于将溢出液收集杯从第一固定槽内拿出来，同时可固定住溢出液收集杯，防止溢出液收集杯移动。
进一步的，所述第二支撑板的顶部设有第二固定槽，所述肿瘤细胞收集杯位于第二固定槽内；便于将肿瘤细胞收集杯取出以进行后续实验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用微流控和太赫兹超材料技术，实现了循环肿瘤细胞的分离、分析鉴定一体化，实现了半机械化连续控制和操作，降低了操作的复杂性，减少了检测分析循环肿瘤细胞的时间，通过设置多个检测杯，提高了循环肿瘤细胞被检出的精度，另外，该检测装置不会伤害循环肿瘤细胞，可收集鉴定后的循环肿瘤细胞，以展开进一步的检测。
附图说明
图1为本发明的局部的内部结构示意图；
图2为本发明的检测杯与第一支撑板、检测杯与出样口的连接结构示意图；
图3为本发明的肿瘤细胞收集杯与第一支撑板的连接结构示意图；
其中：1、箱体；2、控制面板；3、加样腔；4、清洗管；5、清洗液室；6、进样管；7、环形管；8、保护液管；9、出样管一；10、出样管二；11、微流泵；12、微流阀；13、蠕动泵；14、保护液腔室；15、废液室；16、出样口；17、太赫兹检测元件；18、旋转电机；19、第一支撑板；20、溢出液收集杯；21、第一支撑杆；22、第二支撑杆；23、第二支撑板；24、肿瘤细胞收集杯；25、检测杯；26、倾斜管；27、穿孔；28、第一固定槽；29、第二固定槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
参见图1、图2和图3，基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，包括箱体1，箱体1的顶部设有用于设置参数和控制本装置运行的控制面板2，箱体1内设有加样腔3和太赫兹检测区。
加样腔3的侧壁的顶端设有清洗管4，清洗管4背离加样腔3的端部设有清洗液室5，清洗液室5内添加有清洗液，检测结束之后可用来清洗本装置；加样腔3的底部设有进样管6，进样管6背离加样腔3的端部设有环形管7，进样管6和环形管7的直径均为30-33μm，进样管6和环形管7可允许血液中所有的血液细胞和肿瘤细胞通过；环形管7设有与环形管7相通的保护液管8、出样管一9和出样管二10，出样管一9的直径为18-21μm，出样管一9用于排出血液中的所有血液细胞；出样管二10的直径为22-33μm，循环肿瘤细胞可从出样管二10中以单个的形式排出；清洗管4、进样管6、保护液管8、出样管一9和出样管二10均设有微流泵11，进样管6、保护液管8、出样管一9和出样管二10均设有微流阀12，环形管7设有蠕动泵13，环形管7为软管材质，蠕动泵13可促进环形管7中的液体在环形管7内循环流动，可防止循环肿瘤细胞堵住出样管一9与环形管7的连接口；保护液管8背离环形管7的端部设有保护液腔室14，保护液腔室14内添加有细胞保护液，出样管一9背离环形管7的端部设有废液室15，废液室15用于收集所有的血液细胞以及随血液细胞一起排出的各种液体，出样管二10背离环形管7的端部设有出样口16。
太赫兹检测区包括太赫兹检测元件17和旋转电机18，旋转电机18的顶部设有第一支撑板19，第一支撑板19的顶部设有第一固定槽28，第一固定槽28内设有溢出液收集杯20，当溢出液收集杯20内的液体满了之后，可将溢出液收集杯20从第一固定槽28内拿出来，同时第一固定槽28可固定溢出液收集杯20，防止溢出液收集杯20滑动；第一支撑板19的外边缘设有伸向箱体1的顶部的第一支撑杆21和多个等距分布且伸向箱体1的顶部的第二支撑杆22，第一支撑杆21背离第一支撑板19的端部设有第二支撑板23，第二支撑板23的顶部设有第二固定槽29，第二固定槽29内设有肿瘤细胞收集杯24，肿瘤细胞收集杯24所在的水平面位于出样口16所在的水平面和太赫兹检测元件17所在的水平面之间，便于将肿瘤细胞收集杯24取出进行后续实验。
第二支撑杆22背离第一支撑板19的端部设有检测杯25，检测杯25的底部为立体太赫兹超材料设计，检测杯25所在的水平面位于出样口16所在的水平面和太赫兹检测元件17的顶部所在的水平面之间，旋转电机18可将检测杯25旋转至太赫兹检测元件17的顶部，以检测检测杯25内的细胞或是溶液；第二支撑杆22与检测杯25的外侧壁相连，防止第二支撑杆22挡住检测杯25的底部；检测杯25的外侧壁的顶部设有与检测杯25相通的倾斜管26，溢出液收集杯20的侧壁的顶部设有供倾斜管26的低端插入的穿孔27，检测杯25内设有细胞保护液，细胞保护液的液面位于倾斜管26与检测杯25接触的管口的下边缘，当有细胞或溶液流入检测杯25内时，检测杯25内多余的液体会沿着倾斜管26溢出，并流入溢出液收集杯20内；检测杯25的直径比出样管二10的直径大2-4μm，检测杯25的底部到检测杯25的顶端的倾斜管26处的距离与出样管二10的直径相同，上述设计的检测杯25的的尺寸使一个检测杯25最多只能容纳一个循环肿瘤细胞，当循环肿瘤细胞落入检测杯25内时，基本上可使检测杯25内所有的细胞保护液溢出，使太赫兹超材料表面的含水量发生改变，进而使太赫兹超材料的谐振峰发生大幅度的改变，可提高本装置的检测精度；本装置的检测杯25的数量为多个，所有的检测杯25可容纳的液体的体积之和与环形管7能容纳的液体的体积相同。
上述太赫兹检测元件17、微流阀12、微流泵11和旋转电机18均与控制面板2电性连接。
本发明的使用原理如下：使用时，将血液样品加入加样腔3内，并开启进样管6上的微流阀12和微流泵11，微流泵11将加样腔3内的血液样品泵入环形管7内后，关闭进样管6上的微流泵11和微流阀12，同时开启蠕动泵13、保护液管8和出样管一9上的微流泵11和微流阀12，蠕动泵13促进环形管7内的细胞混合液循环流动，防止循环肿瘤细胞堵塞住出样管一9位于环形管7内的管口，以使血液样品中的血细胞顺利从出样管一9排出；细胞保护液被保护液管8上的微流泵11泵入环形管7内，使环形管7内始终处于液体丰盈的状态，便于血液细胞和肿瘤细胞沿着环形管7流动；血液样品在环形管7内循环一端时间之后，关闭出样管一9上的微流阀12和微流泵11，开启出样管二10上的微流阀12和微流泵11，以将环形管7内的肿瘤细胞泵出出样管二10，从出样口16处泵出的液体以液滴的形式落入检测杯25内，当滴入检测杯25内的液滴是纯细胞保护液时，太赫兹检测元件17检测到的谐振峰基本不会发生变化，当滴入的液滴中含有肿瘤细胞时，肿瘤细胞落入检测杯25后会占据检测杯25内原有的细胞保护液的体积空间，从而将检测杯25内的细胞保护液从倾斜管26挤入溢出液收集杯20内，此时太赫兹检测元件17检测到的谐振峰会发生很大的改变，如果太赫兹谐振峰位于事先实验得到的参数范围之内，则可断定血液中含有肿瘤细胞，此时控制面板2开启旋转电机18，将肿瘤细胞收集杯24转至出样口16所在的位置的下方，并收集肿瘤细胞用于后期检测；当滴入第一个位于出样口16下方的检测杯25内的第一滴液体中不含有肿瘤细胞时，控制面板2控制旋转电机18转动，以在下一滴液体落下之前将下一个检测杯25转至出样口16的下方，重复上述步骤，直到与环形管7体积相同的液体全部滴入检测杯25内为止，如果最后一个检测杯也没有检测到肿瘤细胞，则初步表明血液中不含有肿瘤细胞，随后可重复检测3-5次，以进一步验证检测结果的准确率。
完成上述检测之后，开启清洗管4上的微流泵11，同时开启进样管6、出样管一9和出样管二10上的微流阀12，利用清洗液冲洗加样腔3、进样管6、环形管7、出样管一9、出样管二10和检测杯25，清洗液从出样口16流入检测杯25内后又从检测杯25溢入溢出液收集杯20内，以上述方式冲洗完一个检测杯25之后，关闭出样管二10上的微流阀12，开启旋转电机18，将下一个检测杯25转至出样口16的下方，按上述方式进行清洗，直到清洗完所有的检测杯25；随后将溢出液收集杯20取出，倒掉废液并清洗干净溢出液收集杯20以供下次检测使用，随后放出废液室15内的废液。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)的顶部设有控制面板(2)，所述箱体(1)内设有加样腔(3)和太赫兹检测区；所述加样腔(3)的侧壁的顶端设有清洗管(4)，所述清洗管(4)背离加样腔(3)的端部设有清洗液室(5)；所述加样腔(3)的底部设有进样管(6)，所述进样管(6)背离加样腔(3)的端部设有环形管(7)，所述进样管(6)和环形管(7)的直径均为30-33μm，所述环形管(7)设有与环形管(7)相通的保护液管(8)、出样管一(9)和出样管二(10)，所述出样管一(9)的直径为18-21μm，所述出样管二(10)的直径为22-33μm；所述清洗管(4)、进样管(6)、保护液管(8)、出样管一(9)和出样管二(10)均设有微流泵(11)，所述进样管(6)、保护液管(8)、出样管一(9)和出样管二(10)均设有微流阀(12)，所述环形管(7)设有蠕动泵(13)；所述保护液管(8)背离环形管(7)的端部设有保护液腔室(14)，所述出样管一(9)背离环形管(7)的端部设有废液室(15)，所述出样管二(10)背离环形管(7)的端部设有出样口(16)；
所述太赫兹检测区包括太赫兹检测元件(17)和旋转电机(18)，所述旋转电机(18)的顶部设有第一支撑板(19)，所述第一支撑板(19)的顶部的中心设有溢出液收集杯(20)，所述第一支撑板(19)的外边缘设有伸向箱体(1)的顶部的第一支撑杆(21)和多个等距分布且伸向箱体(1)的顶部的第二支撑杆(22)，所述第一支撑杆(21)背离第一支撑板(19)的端部设有第二支撑板(23)，所述第二支撑板(23)的顶部设有肿瘤细胞收集杯(24)，所述肿瘤细胞收集杯(24)所在的水平面位于出样口(16)所在的水平面和太赫兹检测元件(17)所在的水平面之间；所述第二支撑杆(22)背离第一支撑板(19)的端部设有检测杯(25)，所述检测杯(25)的底部为立体太赫兹超材料设计，所述检测杯(25)所在的水平面位于出样口(16)所在的水平面和太赫兹检测元件(17)的顶部所在的水平面之间，所述第二支撑杆(22)与检测杯(25)的外侧壁相连，所述检测杯(25)的外侧壁的顶部设有与检测杯(25)相通的倾斜管(26)，所述溢出液收集杯(20)的侧壁的顶部设有供倾斜管(26)的低端插入的穿孔(27)；所述检测杯(25)的直径比出样管二(10)的直径大2-4μm，所述检测杯(25)的底部到检测杯(25)的顶端的倾斜管(26)处的距离与出样管二(10)的直径相同；所述检测杯(25)内设有细胞保护液，所述细胞保护液的液面位于倾斜管(26)与检测杯(25)接触的管口的下边缘；所述太赫兹检测元件(17)、微流阀(12)、微流泵(11)和旋转电机(18)均与控制面板(2)电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，其特征在于，所述第一支撑板(19)的顶部设有第一固定槽(28)，所述溢出液收集杯(20)位于第一固定槽(28)内。
3.根据权利要求1所述的基于太赫兹和微流控的循环肿瘤细胞检测分离装置，其特征在于，所述第二支撑板(23)的顶部设有第二固定槽(29)，所述肿瘤细胞收集杯(24)位于第二固定槽(29)内。
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