CN111235025A - 一种细胞分选微流控系统及分选方法 - Google Patents

一种细胞分选微流控系统及分选方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111235025A
CN111235025A CN202010110930.8A CN202010110930A CN111235025A CN 111235025 A CN111235025 A CN 111235025A CN 202010110930 A CN202010110930 A CN 202010110930A CN 111235025 A CN111235025 A CN 111235025A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
sorting
cell
inlet
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010110930.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111235025B (zh
Inventor
张华丽
仲小祥
郑磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong University
Original Assignee
Nantong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong University filed Critical Nantong University
Priority to CN202010110930.8A priority Critical patent/CN111235025B/zh
Publication of CN111235025A publication Critical patent/CN111235025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111235025B publication Critical patent/CN111235025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/46—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/02—Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/021—Identification, e.g. bar codes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0454—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces radiation pressure, optical tweezers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明提供了一种细胞分选微流控系统及分选方法，包括：微流控芯片，包括基板、分选层以及捕获分析层，所述分选层位于所述基板上，所述捕获层分析层位于所述分选层上，所述捕获分析层通过细胞入口与所述分选层的分选出口导通；注液装置；荧光检测装置；光纤操纵装置；以及控制系统，与所述注液装置、所述荧光检测装置、所述光纤操纵装置以及所述微流控芯片连接，用于控制所述微流控系统的运行。本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，集激光分选、荧光检测以及细胞培养于一体，可高效的分选稀有细胞，提高细胞捕获效率。

Description

一种细胞分选微流控系统及分选方法
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种细胞分选微流控系统及分选方法。
背景技术
1990年，瑞士科学家Manz和Widmer提出了微全分析系统(Micro total analysissystem)的概念，其目标是将整个分析化验实验室的功能集成到一个便携的设备、甚至是一块微小的芯片中。因此，微全分析系统也被称为“芯片上的实验室(Lab-on-a-chip，即LOC)”。而微流控芯片(Microfluidic chip)是LOC的重要组成部分，其主要特征是容纳流体的有效结构(包括通道、反应器和其他功能单元)在至少一个维度上为微米级尺寸。微流控芯片以微机电加工技术为基础，在硅片、玻璃或PDMS等材料上制造通道并集成驱动和检验装置，通过对通道中流体的控制把样品制备、分离及检测，生物与化学反应等基本操作单元集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
微流控芯片可通过磁力、超声波、激光等外力分选细胞。现有的机械分选、磁力分选等方法均存在分选效率不够高且对稀有细胞的筛选率较低。另外，微流控芯片的接口处往往会由于导管的多次插拔导致芯片使用寿命降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，集激光分选、荧光检测以及细胞培养于一体，可高效的分选稀有细胞，提高细胞捕获效率。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种细胞分选微流控系统，其特征在于，包括：微流控芯片，包括基板、分选层以及捕获分析层，所述分选层位于所述基板上，所述捕获层分析层位于所述分选层上，所述捕获分析层通过细胞入口与所述分选层的分选出口导通；注液装置，通过导管与所述微流控芯片连接，用于向所述微流控芯片提供血液样品及PBS缓释溶液；荧光检测装置，发射荧光至所述微流控芯片刺激已采用特定荧光标记的目标细胞的荧光反应，并获取所述目标细胞的影像；光纤操纵装置，通过单模光纤与所述微流控芯片连接，所述光纤操纵装置通过激光器发射一定功率的激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经所述单模光纤传入所述微流控芯片将所述目标细胞进行分选并推入分选通道；以及控制系统，与所述注液装置、所述荧光检测装置、所述光纤操纵装置以及所述微流控芯片连接，用于控制所述微流控系统的运行。
进一步地，所述分选层包括样品入口、PBS缓释液入口、光纤通道以及废液出口，所述样品入口通过样品通道与混合通道连接；所述PBS缓释液入口具有两个，分别位于所述样品入口的两侧，每个所述PBS缓释液入口通过一个PBS通道与所述混合通道连接；所述光纤通道垂直于所述混合通道并与所述混合通道导通，所述单模光纤设置于所述光纤通道；所述分选出口通过分选通道与所述混合通道连接；所述废液出口通过废液通道与所述混合通道连接。
进一步地，所述样品通道、所述废液通道以及所述混合通道在同一条直线上；两个所述PBS通道位于所述样品通道两侧，所述PBS通道与所述样品通道所成的角度范围为0～90°；所述分选通道包括第一通道，所述第一通道与所述混合通道连接，所述第一通道与所述混合通道所成的角度范围为0～90°。
进一步地，所述混合通道包括激光分选区，所述激光分选区与所述光纤通道连接并靠近所述样品通道；所述荧光检测装置发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区。
进一步地，所述捕获分析层还包括培养腔室以及营养液入口；所述培养腔室通过细胞通道与所述细胞入口连接；所述营养液入口通过营养通道与所述培养腔室连接；所述细胞入口与所述营养液入口分别位于所述培养腔室的两端。
进一步地，所述导管与所述微流控制芯片连接处采用快插接头连接。
本发明还提供了一种细胞分选方法，包括如下步骤：S10标记目标细胞，使用荧光材料对血液样品中的目标细胞进行标记；S20注射血液样品，通过注液装置向微流控芯片的分选层注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液；S30将目标细胞推入分选出口，使用荧光检测装置发射荧光至所述微流控芯片，使目标细胞显示出来；当控制系统监测到所述目标细胞后，控制光纤操纵装置发射激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经单模光纤传入所述微流控芯片，所述激光将已识别的所述目标细胞推入分选通道，所述目标细胞经分选通道至分选出口；以及S40所述目标细胞依次通过所述分选出口以及捕获分析层的细胞入口至所述捕获分析层，获得目标细胞。
进一步地，所述分选层包括样品入口、PBS缓释液入口、光纤通道以及废液出口，所述样品入口通过样品通道与混合通道连接；所述PBS缓释液入口具有两个，分别位于所述样品入口的两侧，每个所述PBS缓释液入口通过一个PBS通道与所述混合通道连接；所述光纤通道垂直于所述混合通道并与所述混合通道导通，所述单模光纤设置于所述光纤通道；所述分选出口通过分选通道与所述混合通道连接；所述废液出口通过废液通道与所述混合通道连接；所述样品通道、所述废液通道以及所述混合通道在同一条直线上；两个所述PBS通道位于所述样品通道两侧，所述PBS通道与所述样品通道所成的角度范围为0～90°；所述分选通道包括第一通道，所述第一通道与所述混合通道连接，所述第一通道与所述混合通道所成的角度范围为0～90°；所述混合通道包括激光分选区，所述激光分选区与所述光纤通道连接并靠近所述样品通道；所述荧光检测装置发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区。
进一步地，所述捕获分析层还包括培养腔室以及营养液入口；所述培养腔室通过细胞通道与所述细胞入口连接；所述营养液入口通过营养通道与所述培养腔室连接；所述细胞入口与所述营养液入口分别位于所述培养腔室的两端。
进一步地，所述步骤S20注射血液样品，通过注液装置向所述样品入口以及所述PBS缓释液入口注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液；所述步骤S30使用荧光检测装置发射荧光至所述激光分选区，使目标细胞显示出来；当控制系统监测到所述目标细胞后，所述控制系统控制光纤操纵装置发射激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经单模光纤传入所述光纤通道，所述激光将已识别的所述目标细胞推入分选通道，所述目标细胞经分选通道至所述分选出口；以及所述步骤S40所述目标细胞经所述分选出口至所述细胞入口并经所述细胞通道至所述培养腔室，获得目标细胞。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，集激光分选、荧光检测、细胞培养于一体，巧妙的利用了光学分选原理，提高了目标细胞分选的精确度，捕获率高。可广泛的应用于细胞分选、细胞分化、药物筛选以及疾病早期的诊断与治疗等领域。
(2)本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，所述分选层的样品通道位于两个PBS通道之间，可通过控制所述样品通道和所述PBS通道内液体的流速在混合通道内形成鞘流，保证目标细胞成列通过激光分选区，提高了细胞分选效率。
(3)本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，分选过程自动完成，提高了分选效率；同时分选过程中未有任何杂质引入，避免了二次污染。
(4)本发明的细胞分选微流控系统及分选方法，所述微流控芯片使用快插接头与所述导管连接，避免了导管与所述微流控芯片的直接插拔连接，大大提高了芯片的使用寿命。
图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的细胞分选微流控系统的结构图；
图2所示为本发明一实施例的细胞分选微流控系统的系统结构图；
图3所示为本发明一实施例的微流控芯片的爆炸图；
图4所示为本发明一实施例的微流控芯片的分选层结构图；
图5所示为本发明一实施例的微流控芯片的捕获分析层结构图；
图6所示为本发明一实施例的快插接头爆炸图；
图7所示为本发明一实施例的细胞分选方法的流程图；
图8所示为激光束推动细胞的力学原理示意图；
图9所示为激光功率大小与细胞推动距离的关系；
图10所示为细胞尺寸大小与细胞推动距离的关系。
附图标记
1-微流控芯片、11-基板、12-分选层、121-分选出口、122-样品入口、123-PBS缓释液入口、124-废液出口、141-分选通道、142-光纤通道、143-样品通道、144-混合通道、145-PBS通道、146-废液通道、147-第一通道、148-激光分选区13-捕获分析层、131-细胞入口、132-培养腔室、133-营养液入口、134细胞通道、135营养通道、2-注液装置、21-导管、22-快插接头、221-开关、222-压片、223-弹簧片、224-主体、3-荧光检测装置、31-图像采集卡、32-CCD摄像机、33-滤光片、34-二向色镜、35-成像物镜、36-荧光光源、37-全内反射荧光单元、38-滤光器、39-物镜、4-光纤操纵装置、41-单模光纤、42-激光器、43-光纤耦合器、5-控制系统、6-工作台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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例，都属于本发明保护的范围。
如图1～图2所示，本发明实施例公开了一种细胞分选微流控系统，包括微流控芯片1、注液装置2、荧光检测装置3、光纤操纵装置4以及控制系统5。
如图3所示，所述微流控芯片1包括基板11、分选层12以及捕获分析层13，所述分选层12位于所述基板11上，所述捕获层分析层13位于所述分选层12上，所述捕获分析层13通过细胞入口131与所述分选层12的分选出口121导通。所述微流控芯片1由透可见光的高分子聚合材料制成，所述高分子聚合材料优选聚二甲氧基硅烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
如图4所示，所述分选层12包括样品入口122、PBS缓释液入口123、光纤通道142、废液出口124以及分选出口121。所述样品入口122通过样品通道143与混合通道144连接。所述PBS缓释液入口123具有两个，分别位于所述样品入口122的两侧，每个所述PBS缓释液入口123通过一个PBS通道145与所述混合通道144连接。所述光纤通道142垂直于所述混合通道144并与所述混合通道144导通，所述单模光纤41设置于所述光纤通道142。所述分选出口121通过分选通道141与所述混合通道144连接。所述废液出口124通过废液通道146与所述混合通道144连接。所述样品通道143、所述废液通道146以及所述混合通道144在同一条直线上。两个所述PBS通道145位于所述样品通道143两侧，所述PBS通道145与所述样品通道143所成的角度范围为0～90°。所述分选通道141包括第一通道147，所述第一通道147与所述混合通道144连接，所述第一通道147与所述混合通道144所成的角度范围为0～90°。所述混合通道144包括激光分选区148，所述激光分选区148与所述光纤通道142连接并靠近所述样品通道143。所述荧光检测装置3发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区148。
如图5所示，所述捕获分析层13包括细胞入口131、培养腔室132以及营养液入口133。所述细胞入口131与所述分选出口121连通。所述培养腔室132通过细胞通道134与所述细胞入口131连接。所述营养液入口133通过营养通道135与所述培养腔室132连接。所述细胞入口131与所述营养液入口133分别位于所述培养腔室132的两端。
所述注液装置2包括导管21以及快插接头22。所述快插接头22与所述微流控芯片1连接。所述样品入口122以及所述PBS缓释液入口123处均设置一个所述快插接头22，共计三个所述快插接头22。所述导管21通过所述快插接头22与所述微流控芯片1连接。所述注液装置2通过导管21向所述微流控芯片1提供血液样品及PBS缓释溶液。其中，所述血液样品中含有已提前被荧光标记的目标细胞。
如图6所示，所述快插接头22包括开关221、压片222、弹簧片223以及主体224。所述压片222将所述弹簧片223压接在所述主体224上，所述开关221卡接在所述压片222的凹槽内。压下所述开关221，所述开关221将所述弹簧片223下压，孔径变大，插入所述导管21后松开开关，所述弹簧片223回弹卡住所述导管21，形成固定。所述快插接头22与所述导管21的连接方式避免了多次插拔导致所述微流控芯片1使用寿命的降低。提高了微流控芯片1的使用寿命。
所述荧光检测装置3包括荧光发射装置以及影像收集装置，所述荧光发射装置包括依光路顺序安装的荧光光源36、全内反射荧光单元37、滤光器38以及油浸物镜39。所述荧光光源36发射的荧光经所述全内反射荧光单元37衰减，激发光经所述滤光器38反射穿过所述油浸物镜39至所述激光分选区148，刺激所述目标细胞的荧光反应。当目标细胞移动至所述激光分选区148位置时，所述荧光刺激所述目标细胞使得所述目标细胞产生荧光反应二发出特定亮光，此时所述目标细胞被显现出来。所述影像收集装置包括依光路顺序安装的成像物镜35、二向色镜34、滤光片33、CCD摄像机32以及图像采集卡31。所述CCD摄像机32观测所述微流控芯片1内流过的细胞的荧光现象，并将信号传送至计算机。所述影像收集装置用于收集所述激光分选区148内目标细胞的影像，当已标记的目标移动至所述激光分选区148时，所述影像收集装置获得目标细胞的影像，并通过所述图像采集卡31反馈给所述控制系统5。
所述光纤操纵装置4包括单模光纤41、激光器42、光纤耦合器43。所述单模光纤41的一端与所述光纤通道142连接，所述单模光纤41的另一端与所述光纤耦合器43连接。所述光纤耦合器43一端与所述激光器42连接，所述光纤耦合器43的另一端与所述单模光纤41连接。当所述控制系统5通过所述荧光检测装置3检测到所述目标细胞后，所述控制系统5给所述激光器42发送信号用于增大所述激光器42的功率，所述激光器42发射的激光经所述光纤耦合器43耦合后通过所述单模光纤41传入所述光纤通道142，所述激光最终传入所述激光分选区148将所述目标细胞推入所述分选通道141。
所述控制系统5与所述注液装置2、所述荧光检测装置3、所述光纤操纵装置4以及所述微流控芯片1连接，用于控制所述微流控系统1的运行。
如图7所示，本发明还提供了一种细胞分选方法，包括如下步骤：S10标记目标细胞，使用荧光材料对血液样品中的目标细胞进行标记。S20注射血液样品，通过注液装置向微流控芯片的分选层注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液。S30将目标细胞推入分选出口，使用荧光检测装置发射荧光至所述微流控芯片，使目标细胞显示出来；当控制系统监测到所述目标细胞后，控制光纤操纵装置发射激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经单模光纤传入所述微流控芯片，所述激光将已识别的所述目标细胞推入分选通道，并经分选通道至分选出口。以及S40所述目标细胞依次通过所述分选出口以及捕获分析层的细胞入口至所述捕获分析层，获得目标细胞。
所述微流控芯片1包括基板11、分选层12以及捕获分析层13，所述分选层12位于所述基板11上，所述捕获层分析层13位于所述分选层12上，所述捕获分析层13通过分选出口121与所述分选层12导通。所述微流控芯片由透可见光的高分子聚合材料制成，所述高分子聚合材料优选聚二甲氧基硅烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
所述分选层12包括样品入口122、PBS缓释液入口123、光纤通道142、废液出口124以及分选出口121。所述样品入口122通过样品通道143与混合通道144连接。所述PBS缓释液入口123具有两个，分别位于所述样品入口122的两侧，每个所述PBS缓释液入口123通过一个PBS通道145与所述混合通道144连接。所述光纤通道142垂直于所述混合通道144并与所述混合通道144导通，所述单模光纤41设置于所述光纤通道142。所述分选出口121通过分选通道141与所述混合通道144连接，所述分选出口121与所述捕获分析层13连通。所述废液出口124通过废液通道146与所述混合通道144连接。所述样品通道143、所述废液通道146以及所述混合通道144在同一条直线上。两个所述PBS通道145位于所述样品通道143两侧，所述PBS通道145与所述样品通道143所成的角度范围为0～90°。所述分选通道141包括第一通道147，所述第一通道147与所述混合通道144连接，所述第一通道147与所述混合通道144所成的角度范围为0～90°。所述混合通道144包括激光分选区148，所述激光分选区148与所述光纤通道142连接并靠近所述样品通道143。所述荧光检测装置3发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区148。
所述捕获分析层13包括细胞入口131、培养腔室132以及营养液入口133。所述细胞入口131与所述分选出口121连通。所述培养腔室132通过细胞通道134与所述细胞入口131连接。所述营养液入口133通过营养通道135与所述培养腔室132连接。所述细胞入口131与所述营养液入口133分别位于所述培养腔室132的两端。
所述注液装置2包括导管21以及快插接头22。所述快插接头22与所述微流控芯片1连接。所述快插接头22与所述样品入口122以及所述PBS缓释液入口123导通。所述注液装置2通过导管21向所述微流控芯片1提供血液样品及PBS缓释溶液。其中，所述血液样品中含有已提前被荧光标记的目标细胞。
所述快插接头22包括开关221、压片222、弹簧片223以及主体224。所述压片222将所述弹簧片223压接在所述主体224上，所述开关221卡接在所述压片222的凹槽内。压下所述开关221，所述开关221将所述弹簧片223下压，孔径变大，插入所述导管21后松开开关，所述弹簧片223回弹卡住所述导管21，形成固定。所述快插接头22与所述导管21的连接方式避免了多次插拔导致所述微流控芯片1使用寿命的降低。提高了微流控芯片1的使用寿命。
所述荧光检测装置3包括荧光发射装置以及影像收集装置，所述荧光发射装置包括依光路顺序安装的荧光光源36、全内反射荧光单元37、滤光器38以及油浸物镜39。所述荧光光源36发射的荧光经所述全内反射荧光单元37衰减，激发光经所述滤光器38反射穿过所述油浸物镜39至所述激光分选区148，刺激所述目标细胞的荧光反应。所述影像收集装置包括依光路顺序安装的成像物镜35、二向色镜34、滤光片33、CCD摄像机32以及图像采集卡31。所述CCD摄像机32观测所述微流控芯片1内流过的细胞的荧光现象，并将信号传送至计算机。所述影像收集装置用于收集所述激光分选区148内目标细胞的影像，当已标记的目标移动至所述激光分选区148时，所述影像收集装置获得目标细胞的影像，并通过所述图像采集卡31反馈给所述控制系统5。
所述光纤操纵装置4包括单模光纤41、激光器42、光纤耦合器43。所述单模光纤41的一端与所述光纤通道142连接，所述单模光纤41的另一端与所述光纤耦合器43连接。所述光纤耦合器43一端与所述激光器42连接，所述光纤耦合器43的另一端与所述单模光纤41连接。当所述控制系统5通过所述荧光检测装置3检测到所述目标细胞后，所述控制系统5给所述激光器42发送信号用于增大所述激光器42的功率，所述激光器42发射的激光经所述光纤耦合器43耦合后通过所述单模光纤41传入所述光纤通道142，所述激光最终传入所述激光分选区148将所述目标细胞推入所述分选通道141。
所述控制系统5与所述注液装置2、所述荧光检测装置3、所述光纤操纵装置4以及所述微流控芯片1连接，用于控制所述微流控系统1的运行。
所述步骤S10，采用荧光标记技术(为现有技术，此处不做详细描述)对血液样品中的目标细胞进行荧光标记，以便于识别所述微流控芯片内的所述目标细胞。
所述步骤S20使用所述快插接头22以及所述导管21将所述注液装置2与所述微流控芯片1连接。通过注液装置2向所述样品入口122以及所述PBS缓释液入口123注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液。通过所述注液装置2控制所述样品通道143以及所述PBS通道145中液体的流速差别，进而在所述混合通道144内形成不同宽度的鞘流，使得所述目标细胞成列在所述混合通道144内向前流动。
所述步骤S30使用荧光检测装置3发射荧光至所述激光分选区148，当目标细胞流至所述激光分选区148时，所述目标细胞在荧光的刺激下显示出来，被控制系统获知。当控制系统5监测到所述目标细胞后，所述控制系统5控制所述激光器42调高功率发射激光，所述激光经光纤耦合器43耦合后经所述单模光纤41传入所述光纤通道142，所述激光将已识别的所述目标细胞推入所述分选通道141，所述目标细胞经所述分选通道141至所述分选出口121。废液经所述废液通道146流至所述废液出口124流出所述微流控芯片1，所述废液流出后需要集中处理。
所述步骤S40所述目标细胞经所述分选出口121移动至所述细胞入口131。所述目标细胞经所述细胞通道134至所述培养腔室132，捕获得到所述目标细胞。所述微流控系统同时通过所述营养通道135向所述培养腔室132提供培养液培养目标细胞，获得最终的目标细胞。
细胞分选原理如下：光的电磁理论，证明了光作为电磁波，不但具有能量，而且具有动量。根据牛顿第二定律，作用在物体上的力就等于光引起的单位时间内物体动量的变化，光与物体相互作用的过程中就伴随有动量的交换。单位时间里物体动量发生变化意味着光对被照物体施加一个力的作用。如图8所示，两束光以不同角度射入微粒小球，产生不同大小的力Fa、Fb，力的大小取决于激光的功率以及入射角度。图8中微粒小球在两束激光的作用下运动发生位移。激光的功率大小以及细胞尺寸的大小均会影响细胞被推动距离的大小。如图9所示，随着激光力的增大，粒子或细胞的偏移角度也随之增大，偏移距离跟激光力大小呈正比关系。如图10所示，相同大小的激光力作用下，细胞直径越大，其偏转位移越小。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种细胞分选微流控系统，其特征在于，包括：
微流控芯片，包括基板、分选层以及捕获分析层，所述分选层位于所述基板上，所述捕获层分析层位于所述分选层上，所述捕获分析层通过细胞入口与所述分选层的分选出口导通；
注液装置，通过导管与所述微流控芯片连接，用于向所述微流控芯片提供血液样品及PBS缓释溶液；
荧光检测装置，发射荧光至所述微流控芯片刺激已采用特定荧光标记的目标细胞的荧光反应，并获取所述目标细胞的影像；
光纤操纵装置，通过单模光纤与所述微流控芯片连接，所述光纤操纵装置通过激光器发射一定功率的激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经所述单模光纤传入所述微流控芯片将所述目标细胞进行分选并推入分选通道；以及
控制系统，与所述注液装置、所述荧光检测装置、所述光纤操纵装置以及所述微流控芯片连接，用于控制所述微流控系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种细胞分选微流控系统，其特征在于，所述分选层包括样品入口、PBS缓释液入口、光纤通道以及废液出口，所述样品入口通过样品通道与混合通道连接；所述PBS缓释液入口具有两个，分别位于所述样品入口的两侧，每个所述PBS缓释液入口通过一个PBS通道与所述混合通道连接；所述光纤通道垂直于所述混合通道并与所述混合通道导通，所述单模光纤设置于所述光纤通道；所述分选出口通过分选通道与所述混合通道连接；所述废液出口通过废液通道与所述混合通道连接。
3.根据权利要求2所述的一种细胞分选微流控系统，其特征在于，所述样品通道、所述废液通道以及所述混合通道在同一条直线上；两个所述PBS通道位于所述样品通道两侧，所述PBS通道与所述样品通道所成的角度范围为0～90°；所述分选通道包括第一通道，所述第一通道与所述混合通道连接，所述第一通道与所述混合通道所成的角度范围为0～90°。
4.根据权利要求3所述的一种细胞分选微流控系统，其特征在于，所述混合通道包括激光分选区，所述激光分选区与所述光纤通道连接并靠近所述样品通道；所述荧光检测装置发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区。
5.根据权利要求4所述的一种细胞分选微流控系统，其特征在于，所述捕获分析层还包括培养腔室以及营养液入口；所述培养腔室通过细胞通道与所述细胞入口连接；所述营养液入口通过营养通道与所述培养腔室连接；所述细胞入口与所述营养液入口分别位于所述培养腔室的两端。
6.根据权利要求1所述的一种细胞分选微流控系统，其特征在于，所述导管与所述微流控制芯片连接处采用快插接头连接。
7.一种细胞分选方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10标记目标细胞，使用荧光材料对血液样品中的目标细胞进行标记；
S20注射血液样品，通过注液装置向微流控芯片的分选层注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液；
S30将目标细胞推入分选出口，使用荧光检测装置发射荧光至所述微流控芯片，使目标细胞显示出来；当控制系统监测到所述目标细胞后，控制光纤操纵装置发射激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经单模光纤传入所述微流控芯片，所述激光将已识别的所述目标细胞推入分选通道，所述目标细胞经分选通道至分选出口；以及
S40所述目标细胞依次通过所述分选出口以及捕获分析层的细胞入口至所述捕获分析层，获得目标细胞。
8.根据权利要求7所述的细胞分选方法，其特征在于，
所述分选层包括样品入口、PBS缓释液入口、光纤通道以及废液出口，所述样品入口通过样品通道与混合通道连接；所述PBS缓释液入口具有两个，分别位于所述样品入口的两侧，每个所述PBS缓释液入口通过一个PBS通道与所述混合通道连接；所述光纤通道垂直于所述混合通道并与所述混合通道导通，所述单模光纤设置于所述光纤通道；所述分选出口通过分选通道与所述混合通道连接；所述废液出口通过废液通道与所述混合通道连接；
所述样品通道、所述废液通道以及所述混合通道在同一条直线上；两个所述PBS通道位于所述样品通道两侧，所述PBS通道与所述样品通道所成的角度范围为0～90°；所述分选通道包括第一通道，所述第一通道与所述混合通道连接，所述第一通道与所述混合通道所成的角度范围为0～90°；
所述混合通道包括激光分选区，所述激光分选区与所述光纤通道连接并靠近所述样品通道；所述荧光检测装置发射的荧光经反射后照射到所述激光分选区。
9.根据权利要求8所述的细胞分选方法，其特征在于，所述捕获分析层还包括培养腔室以及营养液入口；所述培养腔室通过细胞通道与所述细胞入口连接；所述营养液入口通过营养通道与所述培养腔室连接；所述细胞入口与所述营养液入口分别位于所述培养腔室的两端。
10.根据权利要求9所述的细胞分选方法，其特征在于，
所述步骤S20注射血液样品，通过注液装置向所述样品入口以及所述PBS缓释液入口注射已进行目标细胞标记的血液样品以及PBS缓释溶液；
所述步骤S30使用荧光检测装置发射荧光至所述激光分选区，使目标细胞显示出来；当控制系统监测到所述目标细胞后，所述控制系统控制光纤操纵装置发射激光，所述激光经光纤耦合器耦合后经单模光纤传入所述光纤通道，所述激光将已识别的所述目标细胞推入分选通道，所述目标细胞经分选通道至所述分选出口；以及
所述步骤S40所述目标细胞经所述分选出口至所述细胞入口并经所述细胞通道至所述培养腔室，获得目标细胞。
CN202010110930.8A 2020-02-20 2020-02-20 一种细胞分选微流控系统及分选方法 Active CN111235025B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010110930.8A CN111235025B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 一种细胞分选微流控系统及分选方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010110930.8A CN111235025B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 一种细胞分选微流控系统及分选方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111235025A true CN111235025A (zh) 2020-06-05
CN111235025B CN111235025B (zh) 2023-02-07

Family

ID=70880018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010110930.8A Active CN111235025B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 一种细胞分选微流控系统及分选方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111235025B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117547A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-09 Samplix Aps System and method for sorting of particles
WO2023088159A1 (zh) * 2021-11-17 2023-05-25 Tcl科技集团股份有限公司 一种微取样混合器和微反应系统
WO2023173239A1 (zh) * 2022-03-14 2023-09-21 曾繁根 细胞分选方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140073000A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 City University Of Hong Kong Methods and means for manipulating particles
CN105344392A (zh) * 2015-12-07 2016-02-24 苏州汶颢芯片科技有限公司 用于三明治结构微流控芯片的夹具
CN106520537A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 南通大学 一种t细胞免疫应答的微流控光学分析系统及分析方法
CN108387505A (zh) * 2018-02-06 2018-08-10 武汉大学 一种基于微流控芯片的多功能光镊系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140073000A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 City University Of Hong Kong Methods and means for manipulating particles
CN105344392A (zh) * 2015-12-07 2016-02-24 苏州汶颢芯片科技有限公司 用于三明治结构微流控芯片的夹具
CN106520537A (zh) * 2016-10-21 2017-03-22 南通大学 一种t细胞免疫应答的微流控光学分析系统及分析方法
CN108387505A (zh) * 2018-02-06 2018-08-10 武汉大学 一种基于微流控芯片的多功能光镊系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张华丽: "应用于单细胞分析的光流控技术", 《纳米技术与精密工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117547A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-09 Samplix Aps System and method for sorting of particles
WO2023088159A1 (zh) * 2021-11-17 2023-05-25 Tcl科技集团股份有限公司 一种微取样混合器和微反应系统
WO2023173239A1 (zh) * 2022-03-14 2023-09-21 曾繁根 细胞分选方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111235025B (zh) 2023-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111235025B (zh) 一种细胞分选微流控系统及分选方法
US10712255B2 (en) Method and system for microfluidic particle orientation and/or sorting
US6674525B2 (en) Split focusing cytometer
CN106434330B (zh) 一种基于高效液滴微反应器的绝对定量数字核酸分析系统
US20090051912A1 (en) Modular Microfluidic Flow Cytometer and Method Applications
EP2832845A1 (en) Imaging cell sorter
US20100243916A1 (en) Modular optical diagnostic platform for chemical and biological target diagnosis and detection
JP2011510292A (ja) 液体試料中の粒子を分析するための方法及び装置
CN103667012B (zh) 一种基于ccd图像传感器的微流控pcr芯片荧光流体检测装置
CN109201127B (zh) 液体样品的流动组件和检测装置
CN101419167A (zh) 高俘获率高灵敏度的微流控spr生物传感方法和装置
US9863878B2 (en) Photometric analysis method and photometric analysis device using microchip, microchip for photometric analysis device, and processing device for photometric analysis
CN1200111C (zh) 一种基于微流控技术的流式细胞仪
CN105319197A (zh) 基于微透镜阵列的液滴微流控芯片
CN106190829A (zh) 一种用于细胞高精度排列及检测的微流控生物芯片
CN110468026B (zh) 一种用于光纤光动力细胞操纵的微流芯片
WO2015028769A1 (en) Apparatus for detecting an analyte using a fluid having magnetic particles with a binding ligand for binding the analyte
CN109647556B (zh) 一种集成自对准透镜的poct微流控芯片及其制备方法
CN115053118A (zh) 使用特殊化细胞识别进行循环流式细胞术的装置和方法
CN111337416A (zh) 多通道鞘流结构及其免标记微流控细胞仪与方法
US20230249182A1 (en) Microfluidic chip device based on magnetic field-controlled fluorescently-labeled cell sorting method and use method
CN211826081U (zh) 光波导多微流道检测系统
CN108865650A (zh) 微流控液滴散射光和荧光计数芯片
CN211603213U (zh) 光波导多微流道检测系统
CN111157731B (zh) 基于cmos图像传感的光波导多微流道检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant