CN110653012A - 循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及及生物医学工程领域，具体是一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，包括下基片和上基片，下基片顶部设置有样本箱，样本箱右侧设置有第一分离机构，第一分离机构右侧设置有第二分离机构，第二分离机构与第一分离机构之间设置有混合箱，第二分离机构右侧设置有富集机构，本发明，通过设置第一分离机构，可以将粒径较小的白细胞和红细胞裂解残留碎片分离进入废液箱内，通过设置第二分离机构，可以实现对白细胞的分离，通过设置滤框，可以对样本进行再一次的分离，同时方便对循环肿瘤细胞实现分选、富集，通过设置富集机构，实现了从细胞混合液中高通量、高效率的分选富集循环肿瘤细胞。

Description

循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置
技术领域
本发明涉及及生物医学工程领域，具体是一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置。
背景技术
循环肿瘤细胞(CTC)具有诊断价值，但在肿瘤病人患者血液中含量极低，因此对其分选的灵敏度和特异度需求也较高；近年来，因实体肿瘤组织中的单细胞也具有肿瘤异质性和免疫微环境的科研价值而在该领域成为研究热点。CTC样本的分离和检测，是当前单细胞临床应用领域的一个主要分支。CTC是一种脱离原发肿瘤后存在于循环系统中、出现频率极低的细胞，目前认为每毫升血液中大约仅有1～10个CTC，以单个或者数个团簇状形式存在，可导致远处转移。CTC目前主要的分选方法主要有三种：(1)依靠膜抗原识别分离(EpCAM、CK或其他特异性癌症表面标记物)(2)根据物理特征进行分选(细胞尺寸、细胞团簇或密度梯度) (3)利用肿瘤组织特异性荧光素酶报告系统进行显色。
现有的循环肿瘤细胞检测微流控装置无法很好得分离细胞混合液中的红细胞、白细胞，也无法收集循环肿瘤细胞分选，因此，针对以上现状，迫切需要开发一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，以克服当前实际应用中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，包括下基片和上基片，所述下基片顶部设置有样本箱，所述样本箱右侧设置有第一分离机构，所述第一分离机构与样本箱之间设置有微泵，所述第一分离机构右侧设置有第二分离机构，所述第二分离机构与第一分离机构之间设置有混合箱，所述第二分离机构右侧设置有富集机构。
作为本发明进一步的方案：所述第一分离机构包括双螺旋状弯曲微流通道、第一微流通道和第二微流通道，所述双螺旋状弯曲微流通道设置在样本箱右侧，所述双螺旋状弯曲微流通道输出端分别与第一微流通道和第二微流通道连接，所述第一微流通道与废液箱连接，所述第二微流通道与混合箱连接。
作为本发明进一步的方案：所述混合箱内设置有偶联有抗体的免疫磁珠。
作为本发明进一步的方案：所述第二分离机构包括入口通道、分离通道、出口通道和电磁线圈，所述分离通道设置在双螺旋状弯曲微流通道右侧，所述分离通道后侧固定连接设置有入口通道，所述入口通道与混合箱之间通过管道连接，所述分离通道前侧固定连接设置有出口通道，所述出口通道右侧固定连接设置有第二管道，所述第二管道另一端与富集机构固定连接，所述上基片对应分离通道位置顶端固定连接设置有电磁线圈，所述电磁线圈下侧设置有凹槽，所述凹槽设置在上基片底端。
作为本发明进一步的方案：所述富集机构包括富集管、导流管和支撑管，所述富集管设置在分离通道右侧，所述富集管内侧顶部固定连接设置有导流管，所述导流管下侧设置有与富集管固定连接的支撑管，所述支撑管内侧固定连接设置有滤框，所述支撑管外侧卡接设置有富集盘，所述支撑管底部固定连接设置有第三管道，所述第三管道另一端与废液箱连接，所述上基片上设置有与富集管相对应的通孔。
作为本发明进一步的方案：所述滤框包括固定框和固定杆，所述固定框设置在支撑管内侧，所述固定框与支撑管固定连接，所述固定框左右两端顶部固定连接设置有固定杆，两侧所述固定杆另一端相互固定连接，所述固定杆外侧设置有与固定框固定连接的滤网。
作为本发明进一步的方案：所述下基片顶部固定连接设置有荧光染料箱，所述荧光染料箱与导流管之间通过第四管道连接。
作为本发明进一步的方案：所述荧光染料箱前侧设置有清洗箱，所述清洗箱顶部设置有微泵，所述微泵输出端与第一管道连接，所述第一管道另一端与导流管连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过设置第一分离机构，可以将粒径较小的白细胞和红细胞裂解残留碎片分离进入废液箱内，同时，在分离时保证了循环肿瘤细胞自身的完整性；
2.通过设置免疫磁珠，可以与白细胞结合，形成含有细胞-磁性微球的复合物流体，通过设置第二分离机构，可以实现对白细胞的分离；
3.通过设置滤框，可以对样本进行再一次的分离，同时方便对循环肿瘤细胞实现分选、富集，通过设置富集机构，实现了从细胞混合液中高通量、高效率的分选富集循环肿瘤细胞。
附图说明
图1为循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置的结构示意图。
图2为循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置中上基片的结构示意图。
图3为循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置中富集机构的结构示意图。
图4为循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置中滤框的结构示意图。
图中：1-下基片，2-废液箱，3-样本箱，4-荧光染料箱，5-清洗箱，6-微泵，7-双螺旋状弯曲微流通道，8-第一微流通道，9-第二微流通道，10-混合箱，11-入口通道，12-分离通道，13-出口通道，14-富集管，15-第一管道，16-第二管道，17-第三管道，18-上基片，19-电磁线圈，20-凹槽，21-通孔，22-导流管，23-支撑管，24-富集盘，25固定框，26-固定杆。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
实施例1
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，包括下基片1和上基片18，所述下基片1顶部设置有样本箱3，所述样本箱3右侧设置有第一分离机构，所述第一分离机构与样本箱3之间设置有微泵6，所述第一分离机构右侧设置有第二分离机构，所述第二分离机构与第一分离机构之间设置有混合箱10，所述第二分离机构右侧设置有富集机构。
实施例2
本实施例中，所述第一分离机构包括双螺旋状弯曲微流通道7、第一微流通道8和第二微流通道9，所述双螺旋状弯曲微流通道7设置在样本箱3右侧，所述双螺旋状弯曲微流通道7输出端分别与第一微流通道8和第二微流通道9连接，所述第一微流通道8与废液箱2连接，所述第二微流通道9与混合箱10连接，通过设置第一分离机构，可以将粒径较小的白细胞和红细胞裂解残留碎片分离进入废液箱2内，同时，在分离时保证了循环肿瘤细胞自身的完整性。
本实施例中，所述混合箱10内设置有偶联有抗体的免疫磁珠，通过设置免疫磁珠，可以与白细胞结合，形成含有细胞-磁性微球的复合物流体。
本实施例中，所述第二分离机构包括入口通道11、分离通道12、出口通道13和电磁线圈19，所述分离通道12设置在双螺旋状弯曲微流通道7右侧，所述分离通道12后侧固定连接设置有入口通道11，所述入口通道11与混合箱10之间通过管道连接，所述分离通道12前侧固定连接设置有出口通道13，所述出口通道13右侧固定连接设置有第二管道16，所述第二管道16另一端与富集机构固定连接，所述上基片18对应分离通道12位置顶端固定连接设置有电磁线圈19，所述电磁线圈19下侧设置有凹槽20，所述凹槽20设置在上基片18底端，通过设置第二分离机构，可以实现对白细胞的分离。
本实施例中，所述富集机构包括富集管14、导流管22和支撑管23，所述富集管14设置在分离通道12右侧，所述富集管14内侧顶部固定连接设置有导流管22，所述导流管22下侧设置有与富集管14固定连接的支撑管23，所述支撑管23内侧固定连接设置有滤框，所述支撑管23外侧卡接设置有富集盘24，所述支撑管23底部固定连接设置有第三管道17，所述第三管道17另一端与废液箱2连接，所述上基片18上设置有与富集管14相对应的通孔21。
本实施例中，所述滤框包括固定框25和固定杆26，所述固定框25设置在支撑管23内侧，所述固定框25与支撑管23固定连接，所述固定框25左右两端顶部固定连接设置有固定杆26，两侧所述固定杆26另一端相互固定连接，所述固定杆26外侧设置有与固定框25固定连接的滤网，通过设置滤框，可以对样本进行再一次的分离，同时方便对循环肿瘤细胞实现分选和富集，通过设置富集机构，实现了从细胞混合液中高通量、高效率的分选富集循环肿瘤细胞。
本实施例中，所述下基片1顶部固定连接设置有荧光染料箱4，所述荧光染料箱4与导流管22之间通过第四管道连接。
本实施例中，所述荧光染料箱4前侧设置有清洗箱5，所述清洗箱5顶部设置有微泵6，所述微泵6输出端与第一管道15连接，所述第一管道15另一端与导流管22连接，通过设置清洗箱5，可以对富集后的循环肿瘤细胞进行清洗，方便之后的检测。
该循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，通过设置第一分离机构，可以将粒径较小的白细胞和红细胞裂解残留碎片分离进入废液箱2内，同时，在分离时保证了循环肿瘤细胞自身的完整性，通过设置免疫磁珠，可以与白细胞结合，形成含有细胞-磁性微球的复合物流体，通过设置第二分离机构，可以实现对白细胞的分离，通过设置滤框，可以对样本进行再一次的分离，同时方便对循环肿瘤细胞实现分选、富集，通过设置富集机构，实现了从细胞混合液中高通量、高效率的分选富集循环肿瘤细胞。
本发明的工作原理是：将样本放入样本箱3内，样本在微泵6的作用下进入双螺旋状弯曲微流通道7，双螺旋状弯曲微流通道7采用了二次流原理，通过环形液体流道对血液中的CTC进行无损分离，其中，粒径较小的白细胞和红细胞裂解残留碎片通过第一微流管道8进入废液箱2内，其余样本沿第二微流管道9进入混合箱10内，混合箱10内设置有偶联有抗体的免疫磁珠，免疫磁珠可以与白细胞结合，形成含有细胞-磁性微球的复合物流体，混合后的液体沿管道进入分离通道12，给电磁线圈19通电后，在磁场作用下，可以将通过的白细胞-磁性微球复合物收集在上基片18底部的凹槽20中，而循环肿瘤细胞则从出口通道13沿第二管道16进入导流管22内，样本沿导流管22向下流动通过滤框的分离后富集在富集盘24上，打开荧光染料箱4和清洗箱5上侧的微泵6，荧光染料和清洗水沿相对管道进入导流管22内，完成对循环肿瘤细胞(CTC)标记染色和清洗，采用检测设备对微结构中染色标记后的循环肿瘤细胞(CTC)进行检测。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，包括下基片（1）和上基片（18），其特征在于，所述下基片（1）顶部设置有样本箱（3），所述样本箱（3）右侧设置有第一分离机构，所述第一分离机构与样本箱（3）之间设置有微泵（6），所述第一分离机构右侧设置有第二分离机构，所述第二分离机构与第一分离机构之间设置有混合箱（10），所述第二分离机构右侧设置有富集机构。
2.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述第一分离机构包括双螺旋状弯曲微流通道（7）、第一微流通道（8）和第二微流通道（9），所述双螺旋状弯曲微流通道（7）设置在样本箱（3）右侧，所述双螺旋状弯曲微流通道（7）输出端分别与第一微流通道（8）和第二微流通道（9）连接，所述第一微流通道（8）与废液箱（2）连接，所述第二微流通道（9）与混合箱（10）连接。
3.根据权利要求2所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述混合箱（10）内设置有偶联有抗体的免疫磁珠。
4.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述第二分离机构包括入口通道（11）、分离通道（12）、出口通道（13）和电磁线圈（19），所述分离通道（12）设置在双螺旋状弯曲微流通道（7）右侧，所述分离通道（12）后侧固定连接设置有入口通道（11），所述入口通道（11）与混合箱（10）之间通过管道连接，所述分离通道（12）前侧固定连接设置有出口通道（13），所述出口通道（13）右侧固定连接设置有第二管道（16），所述第二管道（16）另一端与富集机构固定连接，所述上基片（18）对应分离通道（12）位置顶端固定连接设置有电磁线圈（19），所述电磁线圈（19）下侧设置有凹槽（20），所述凹槽（20）设置在上基片（18）底端。
5.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述富集机构包括富集管（14）、导流管（22）和支撑管（23），所述富集管（14）设置在分离通道（12）右侧，所述富集管（14）内侧顶部固定连接设置有导流管（22），所述导流管（22）下侧设置有与富集管（14）固定连接的支撑管（23），所述支撑管（23）内侧固定连接设置有滤框，所述支撑管（23）外侧卡接设置有富集盘（24），所述支撑管（23）底部固定连接设置有第三管道（17），所述第三管道（17）另一端与废液箱（2）连接，所述上基片（18）上设置有与富集管（14）相对应的通孔（21）。
6.根据权利要求5所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述滤框包括固定框（25）和固定杆（26），所述固定框（25）设置在支撑管（23）内侧，所述固定框（25）与支撑管（23）固定连接，所述固定框（25）左右两端顶部固定连接设置有固定杆（26），两侧所述固定杆（26）另一端相互固定连接，所述固定杆（26）外侧设置有与固定框（25）固定连接的滤网。
7.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述下基片（1）顶部固定连接设置有荧光染料箱（4），所述荧光染料箱（4）与导流管（22）之间通过第四管道连接。
8.根据权利要求7所述的循环肿瘤细胞分选、富集及检测用多级微流控芯片装置，其特征在于，所述荧光染料箱（4）前侧设置有清洗箱（5），所述清洗箱（5）顶部设置有微泵（6），所述微泵（6）输出端与第一管道（15）连接，所述第一管道（15）另一端与导流管（22）连接。
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