CN110551629B - 一种三维细胞分选装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维细胞分选装置，包括：顶盖层、底盖层以及设置于所述顶盖层与所述底盖层之间的若干分选层，各层之间通过等离子键合，其中，所述分选层包括交错叠加的正极层和负极层，所述正极层和所述负极层设有若干通孔且表面设有绝缘层，相邻所述正极层和所述负极层之间的通孔交叠形成孔状的细胞分选通道；所述顶盖层连接微量泵，所述正极层和所述负极层分别连接交流电压源，细胞溶液由所述微量泵注入所述三维细胞分选装置，经所述分选层分选后从所述底盖层流出。本发明操作方法简单、成本低廉，实现了对指定特征细胞的的三维分选与富集。

Description

一种三维细胞分选装置

技术领域

本发明涉及细胞分选技术领域，具体而言，涉及一种三维细胞分选装置。

背景技术

在生物医学工程的应用中，利用种子细胞对组织进行体外再生，是目前组织修复的一个重要的手段，为了获得浓度较高的目标种子细胞，需要人为的对细胞进行分选与富集。目前有针对血液中的不同细胞的分选与富集，以及各种干细胞的富集装置等。现有的细胞分选装置很难适应不同的细胞类型，无法针对不同的特征细胞进行选择性分选且分选效率低，应用范围有限。

发明内容

本发明提供了一种三维细胞分选装置，旨在改善现有的细胞分选装置无法分选不同特征细胞的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种三维细胞分选装置，包括：顶盖层、底盖层以及设置于所述顶盖层与所述底盖层之间的若干分选层，各层之间通过等离子键合，其中，

所述分选层包括交错叠加的正极层和负极层，所述正极层和所述负极层设有若干通孔且表面设有绝缘层，相邻所述正极层和所述负极层之间的通孔交叠形成孔状的细胞分选通道；

所述顶盖层连接微量泵，所述正极层和所述负极层分别连接交流电压源，细胞溶液由所述微量泵注入所述三维细胞分选装置，经所述分选层分选后从所述底盖层流出。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述分选层配置为两组，两组所述分选层中的正极层和负极层交错叠加。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述通孔内凸设有若干微探针。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述顶盖层包括分流层和隔板层，所述分流层包括入液口、分流槽和形成于所述入液口和所述分流槽之间的微通道；所述隔板层盖合于所述入液口、微通道和分流槽，其上设有与所述分流槽和所述通孔相配合的若干分流孔，沿细胞溶液的流动方向，所述入液口、微通道、分流槽和分流孔形成分流通道；

所述底盖层设有缓存区，所述缓存区一端连通于所述分选层，另一端开设有出液口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述微通道宽度为30-80μm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述正极层和所述负极层中的通孔为长150-250mm，宽30-50mm的矩形孔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述绝缘层为氧化硅或聚二甲基硅氧烷，所述绝缘层厚度为50-200nm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述顶盖层和所述底盖层的材质为聚二甲基硅氧烷，所述分选层的材质为医用不锈钢。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，还包括第一微导管和第二微导管，所述第一微导管分别连接所述微量泵和所述顶盖层，所述第二微导管连接所述底盖层。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一微导管和第二微导管材质为聚乙烯，外径为0.3-0.5mm，内径为0.1-0.2mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过上述设计得到的三维细胞分选装置，分选层通过设置交错叠加的正极层和负极层，可在通孔中构建均匀电场，从而可利用介电泳对细胞的作用力进行分选富集。通过连接交流电压源，可通过外界施加的电压频率来匹配不同细胞的作用力，实现了从细胞溶液中分选与富集不同的指定特征细胞。

(2)本发明相邻所述正极层和所述负极层之间的通孔交叠形成微孔状的细胞分选通道，能够对细胞溶液进行三维分选与富集，大大提升了传统细胞富集的效率，操作方法简单、成本低廉，具有很大的应用潜力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的三维细胞分选装置的结构示意图；

图2是图1所示三维细胞分选装置中的正极层的结构示意图；

图3是图1所示三维细胞分选装置中的负极层的结构示意图；

图4是图1所示三维细胞分选装置中的分选层的结构示意图；

图5是图1所示三维细胞分选装置的纵向剖面结构示意图；

图6是图1所示三维细胞分选装置的顶盖层中分流层的结构示意图；

图7是图1所示三维细胞分选装置中的顶盖层中隔板层的结构示意图；

图8是图1所示三维细胞分选装置中的底盖层的结构示意图；

图9是图1所示三维细胞分选装置中的分解结构示意图。

图标：1-顶盖层；11-分流层；111-入液口；112-分流槽；113-微通道；12-隔板层；121-分流孔；2-底盖层；21-缓存区；22-出液口；3-分选层；31-正极层；32-负极层；33-通孔；331-细胞分选通道；332-微探针；4-第一微导管；5-第二微导管。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

参照图1-3所示，本发明提供了一种三维细胞分选装置，包括：顶盖层1、底盖层2以及设置于所述顶盖层1与所述底盖层2之间的若干分选层3，各层之间通过等离子键合。

其中，所述等离子键合可采用现有的等离子键合工艺，本发明在此不做赘述。在一种具体的实施方式中，可以将各层置于等离子机中，按照预设的工艺参数进行等离子处理，然后将各层贴合固定，方法简单、成本低廉。

参考图4所示，所述分选层3包括若干组交错叠加的正极层31和负极层32。所述正极层31和所述负极层32设有若干通孔33且表面设有绝缘层，相邻所述正极层31和所述负极层32之间的通孔33交叠形成孔状的细胞分选通道331。

优选的，所述绝缘层为氧化硅，所述绝缘层厚度为50-200nm。更为优选的，其厚度为100-200nm。可选的，所述氧化硅可通过在所述正极层31和所述负极层32表面进行气相沉积得到。需要说明的是，所述绝缘层也可以是聚二甲基硅氧烷、PVC等绝缘材料，本发明不做具体限定。

所述分选层3通过设置交错叠加的正极层31和负极层32，可在通孔33中构建均匀电场。由于不同特性的细胞，其介电泳特性不同，介电泳对细胞的作用力与细胞的直径、细胞与溶液的介电特性、所加交流电的频率有关，通过调整所加交流电压的频率即可调整电场对不同细胞的作用效果。因此，通过连接交流电压源，可通过外界施加的电压频率来匹配不同细胞的作用力，实现了从细胞溶液中分选与富集不同的指定特征细胞。

优选的，参考图2、3所示，所述正极层31和所述负极层32中的通孔33为长150-250mm，宽30-50mm的矩形孔。更为优选的，通孔33为长200mm，宽40mm的矩形孔。通过沿不同的方向交错叠加所述正极层31和所述负极层32，矩形孔交错布置形成孔状的细胞分选通道331。

在工作过程中，所述顶盖层1连接微量泵，所述正极层31和所述负极层32分别连接交流电压源，细胞溶液由所述微量泵注入所述三维细胞分选装置，经所述分选层3分选后从所述底盖层2流出。

优选的，参考图4所示，所述通孔33内凸设有若干微探针332。可选的，所述微探针332采用激光切割的方法加工所述正极层31或负极层32形成，微探针结构可以加强通孔33中产生的均匀电场，进而增强细胞所受介电力。

优选的，参考图5所示，所述分选层3配置为两组，两组所述分选层3中的正极层31和负极层32交错叠加，两组即可基本满足一般的细胞分选要求并保证分选与富集的效率。当然，分选层3也可以配置为一组或两组以上，可根据细胞溶液流速、交流电压频率、细胞溶液的介电特性或分离要求进行调整。本发明不做具体限定。

优选的，参考图6、7所示，所述顶盖层1包括分流层11和隔板层12，参考图5所示为顶盖层1的背侧结构示意图，所述分流层11包括入液口111、分流槽112和形成于所述入液口111和所述分流槽112之间的微通道113。分流槽112和微通道113的设置可以进一步降低细胞溶液的流速，同时是细胞溶液均匀流入分选层3中，避免形成局部聚集。更为优选的，在本实施例中，设置有三个分流槽112和微通道113。优选的，所述微通道113的宽度为30-80μm。优选的，所述微通道113宽度为50μm。

当然，所述入液口111、分流槽112和微通道113的个数可与所述正极层31或负极层32上的通孔33相适配，也可以根据需要进行设置，本发明不做具体限定。

参考图7所示，所述隔板层12盖合于所述入液口111、微通道113和分流槽112，其上设有与所述分流槽112和所述通孔33相配合的若干分流孔121，沿细胞溶液的流动方向，所述入液口111、微通道113、分流槽112和分流孔121形成分流通道。隔板层12保证了分流层112和分选层3之间良好的密封效果，避免了细胞溶液渗出所述通孔33外。

参考图8所示，所述底盖层2设有缓存区21，所述缓存区21一端连通于所述分选层3，另一端开设有出液口22，用于缓存经分选层3分选后的细胞溶液。

优选的，所述顶盖层1和所述底盖层2的材质为聚二甲基硅氧烷，所述分选层3的材质为医用不锈钢。可选的，所述顶盖层1和所述底盖层2的材质也可为其他医用高分子聚合物如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、硅橡胶、聚氨酯。所述分选层3的材质也可为其他导电性良好并且没有生物毒性的医用材料，比如镍钛合金、钴铬钼合金等，本发明不做具体限制。

优选的，参考图9所示，还包括第一微导管4和第二微导管5，所述第一微导管4分别连接所述微量泵和所述顶盖层1，所述第二微导管5连接所述底盖层2。工作时所述第一微导管4和第二微导管5接外界微量泵为装置提供细胞溶液的注入，可选的，所述细胞溶液的注入速率为5-20ml/h，更为优选的，注入速率为5-10ml/h，在该速率下，具有更好的细胞分选效率，保证了对不同的细胞的分选与富集效果。

优选的，所述第一微导管4和第二微导管5材质为聚乙烯，外径为0.3-0.5mm，内径为0.1-0.2mm。更为优选的，外径为0.3mm，内径为0.15mm。

以下简述本发明的工作原理：

本发明提供的三维细胞分选装置使用时，所述顶盖层1连接微量泵，所述正极层31和所述负极层32分别连接交流电压源，在所述通孔33中形成均匀电场。细胞溶液从所述微量泵经所述顶盖层1的入液口111流入，依次流经所述顶盖层1中分流层11的微通道113、分流槽112和所述隔板层12的分流孔121后进入所述分流层3。

细胞溶液流入所述分流层3中相邻所述正极层31和所述负极层32之间的通孔33交叠形成的孔状细胞分选通道331，通过改变外界施加的电压频率来匹配不同细胞所受介电泳力，从而将细胞溶液中的指定特征细胞分选富集至所述正极层31和所述负极层32的通孔33上，分选处理后的细胞溶液流经所述底盖层2的缓存区21后通过第二微导管5排出。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维细胞分选装置，其特征在于，包括：顶盖层（1）、底盖层（2）以及设置于所述顶盖层（1）与所述底盖层（2）之间的若干分选层（3），各层之间通过等离子键合，其中，

所述分选层（3）包括若干组交错叠加的正极层（31）和负极层（32），所述正极层（31）和所述负极层（32）设有若干通孔（33）且表面设有绝缘层，相邻所述正极层（31）和所述负极层（32）之间的通孔（33）交叠形成孔状的细胞分选通道（331）；

所述顶盖层（1）连接微量泵，所述正极层（31）和所述负极层（32）分别连接交流电压源，细胞溶液由所述微量泵注入所述三维细胞分选装置，经所述分选层（3）分选后从所述底盖层（2）流出；所述顶盖层（1）包括分流层（11）和隔板层（12），所述分流层（11）包括入液口（111）、分流槽（112）和形成于所述入液口（111）和所述分流槽（112）之间的微通道（113）；所述隔板层（12）盖合于所述入液口（111）、微通道（113）和分流槽（112），其上设有与所述分流槽（112）和所述通孔（33）相配合的若干分流孔（121），沿细胞溶液的流动方向，所述入液口（111）、微通道（113）、分流槽（112）和分流孔（121）形成分流通道；

所述底盖层（2）设有缓存区（21），所述缓存区（21）一端连通于所述分选层（3），另一端开设有出液口（22）。

2.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述分选层（3）配置为两组，两组所述分选层（3）中的正极层（31）和负极层（32）交错叠加。

3.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置,其特征在于，所述通孔（33）内凸设有若干微探针（332）。

4.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述微通道（113）的宽度为30-80μm。

5.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述正极层（31）和所述负极层（32）中的通孔33为长150-250mm，宽30-50mm的矩形孔。

6.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述绝缘层（34）为氧化硅或聚二甲基硅氧烷，所述绝缘层（34）厚度为50-200nm。

7.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述顶盖层（1）和所述底盖层（2）的材质为聚二甲基硅氧烷，所述分选层（3）的材质为医用不锈钢。

8.根据权利要求1所述的三维细胞分选装置，其特征在于，还包括第一微导管（4）和第二微导管（5），所述第一微导管（4）分别连接所述微量泵和所述顶盖层（1），所述第二微导管（5）连接所述底盖层（2）。

9.根据权利要求8所述的三维细胞分选装置，其特征在于，所述第一微导管（4）和第二微导管（5）材质为聚乙烯，外径为0.3-0.5mm，内径为0.1-0.2mm。

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