CN111909828A

CN111909828A - 一种适用于循环肿瘤细胞捕获的微流控芯片

Info

Publication number: CN111909828A
Application number: CN201910666239.5A
Authority: CN
Inventors: 杨根; 罗春雄; 芦春洋; 许健; 王宇钢; 欧阳颀
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: EP4006136A1; EP4006136A4; WO2021013066A1; CN111909828B; JP7360216B2; US20220251497A1; JP2022542257A

Abstract

本发明涉及一种能用于捕获目标颗粒(如循环肿瘤细胞CTC)的微流控芯片，该芯片包括汇聚分流单元，所述汇聚分流单元能够将液体样本(如血液、灌流液等)中的目标颗粒汇聚在液流中心，同时将一定比例的不含目标颗粒的液流分走，进而对输入芯片的液流进行有效的降流降速，从而更有利于液流中目标颗粒的捕获；当芯片用于目标颗粒的捕获时，还包括捕获单元，并通过所述捕获单元实现对目标颗粒的捕捉。本发明的芯片能够在待测样本流速和流量均很高的情况下，有效富集目标颗粒并降低整体流量和流速，当芯片中进一步包含捕获单元时，即可灵敏而特异的捕捉目标颗粒(特别是CTC)，非常适合于大规模的临床应用。

Description

一种适用于循环肿瘤细胞捕获的微流控芯片

技术领域

本发明属于液体活检领域和肿瘤物理治疗领域，特别涉及一种能够用于捕获肿瘤细胞(特别如CTC)的微流控芯片。

背景技术

血液中含有数目庞大的红细胞(大约5×10⁹个/mL量级)和白细胞(约8×10⁶个/mL量级)以及各种蛋白质，因此具有较强的颗粒性以及较高的动力粘滞系数。近年来的研究表明，癌症患者特别是癌症病灶发生转移的患者中，存在着一定数量的循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells，CTCs)，而成功的捕获分离这些循环肿瘤细胞，对于癌症的早期检测、诊断和治疗具有不可估量的价值，但是由于其数量极低(约为0至几十个细胞/mL)，因此从血液中高效而特异的分离获得循环肿瘤细胞存在很大的技术难度。

目前，基于捕获CTC的原理的不同，可将CTC的分离方法分成三类，即：基于抗原抗体的捕获、基于物理性质的捕获和综合两种方法的捕获。

基于抗原抗体的捕获

肿瘤细胞表面会表达一些肿瘤特异性抗原，如EpCAM，CEA和HER2等。将识别肿瘤特异性抗原的抗体通过化学键连接或通过其他包被的方式将其固定在磁珠或微流控芯片的表面，通过抗原抗体的结合从而捕获肿瘤细胞。

CellSearch是被目前唯一被FDA批准的用于商业分离CTC的平台，但是其检出率不高。后续各种方法采用相似的原理即抗原抗体特异性结合的原理和微流控芯片结合，极大地提高了检出率，例如HB-chip采用不对称排列的人字形沟道，增加雷诺数。于是，向芯片中通入癌症患者的血液后，就能形成湍流，从而增加细胞与管壁的相互作用，提高了细胞与抗体结合的几率，检出率相比CellSearch方法有明显的提高；此外，CTC-chip则采用错列排布的圆柱表面包被EpCAM抗体以捕获CTC。

基于抗原抗体捕获CTC的优点是显而易见的，由于抗体对抗原识别的高特异性，因此捕获到的细胞纯度很高，几乎接近100％。但是这种方法也存在不少缺点，例如：(1)抗原的特异性以及抗原抗体的亲和力限制了捕获效率，因为目前采用的分子标记物主要是EpCAM，但是CTC中有很多细胞经历了EMT，低表达EpCAM的这部分细胞会漏检，造成对CTC数量的低估；(2)成本较高；(3)由于抗原抗体需要充分的识别和结合，一般流速较慢，处理时间较长，影响了血液性质和CTC状态。上述缺点的存在制约了其大规模的临床应用。

基于物理性质的捕获

研究表明，肿瘤细胞和正常细胞在物理性质上存在着一定差异，主要体现在细胞大小，变形能力和密度等特性方面。因此利用上述物理性质的差异，即可对CTC进行分离捕获。现有技术中，基于物理性质的捕获常常会涉及到螺旋形结构，由于微通道中特征尺寸和流速都很小，所以雷诺数一般小于1，通常忽略其惯性作用，但在压力驱动下可以达到很高的流速0.1-1m/s，雷诺数达到10-100，这时惯性效应开始体现，螺旋形结构则正是利用了上述特性。在这样的芯片中，将稀释的血液利用压力推入弯曲的通道，在侧向力和迪恩力的作用下，细胞会在横截面达到特定的平衡位置，由于细胞的平衡位置与细胞尺寸有关，而CTC的尺寸和血细胞尺寸差别较大，这样它们就会处于通道中不同的平衡位置进而实现分离。除此之外，有很多其他基于物理性质的分离方法，例如利用合适的间隙，基于CTC和血细胞大小及变形能力的差异进行分离。

基于物理性质捕获CTC具有以下优点：(1)捕获不依赖抗原表达，能捕获到所有类型的CTC；(2)CTC不结合抗体或纳米粒，维持了最原始的状态；(3)血样不需要预处理，可以直接过滤；(4)花费较少；(5)流速较快，所需时间短。不过由于CTC与白细胞的尺寸会稍有交叉，往往采用这种方法分离效率不足够高，存在着一定的白细胞污染问题。

综合两种方法的捕获

采用基于抗原抗体的方法和基于物理性质的方法相结合，Sun N等人采用包被了抗体的磁珠与CTC结合，有效增大了CTC的尺寸，之后采用具孔膜过滤，能显著提高捕获效率，同时采用CD45负选除去白细胞，有效提高了纯度。CTC-ichip采用DLD将大小细胞分开，之后汇聚，最后采用免疫磁珠负选除去白细胞。不过综合方法往往芯片结构较为复杂，过程比较繁琐，成本较高，不适宜临床应用。

本领域迫切需要一种适用于有效的CTC捕获方法，能够满足临床应用中对于成本、样本处理通量和准确性的要求。

发明内容

发明人经过多年的研究，设计出了一种能用于捕获目标颗粒(如循环肿瘤细胞CTC)的微流控芯片，该芯片包括汇聚分流单元，所述汇聚分流单元能够将液体样本(如血液、灌流液等)中的目标颗粒汇聚在液流中心，同时将一定比例的不包含目标颗粒的液流分走，这样可以对输入芯片的液体样品进行有效的降流降速，更适于对其中目标颗粒的捕获；当芯片用于目标颗粒的捕获时，还包括进一步捕获单元，通过所述捕获单元实现对目标颗粒的捕捉。具体的，本发明包括以下实施方案：

在第一个方面中，本发明提供了一种微流控芯片，其包含入口(1)、主通道(2)、一个或更多个(例如1-20个，优选1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个)汇聚分流单元(3)以及出口(5)，所述入口(1)、汇聚分流单元和出口(5)由主通道(2)相连；

样品由入口(1)进入主通道(2)，并流经所述汇聚分流单元(3)，所述汇聚分流单元(3)将所述样品中的目标颗粒汇聚在液流中心，同时将不含有目标颗粒的液流由出口(5)排出或者部分排出，从而在不损失目标颗粒的情况下降低样品的流速和/或流量。

在一个实施方案中，所述汇聚分流单元(3)包括收集口(31)、主通道收窄处(32)、一个、两个或更多个(例如1-20个，更例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个)串联排列的汇聚结构(33)、以及分流通道(34)。

在又一个实施方案中，所述汇聚结构(33)包括中心通道(331)以及旁侧支流通道(332)，其中中心通道(331)在两端均与主通道(2)相接并且同轴排列，优选地，中心通道(331)的宽度小于主通道(2)的宽度，还优选地，中心通道(331)的宽度是主通道(2)宽度的30％-99％，例如95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％以及上述任意两点之间的任意值；所述旁侧支流通道(332)在两端均与主通道(2)以及中心通道(331)相交汇；再一步优选地，所述两条旁侧支流通道(332)排列在中心通道(331)两侧，更优选地，所述两条旁侧支流通道(332)对称排列在中心通道(331)两侧，并且具有相同的尺寸参数。

在又一个实施方案中，所述中心通道(331)的流阻与所述旁侧支流通道(332)的流阻满足比例关系，使得样品由主通道(2)进入汇聚结构(33)后，包含目标颗粒的液流进入中心通道(331)，而不含有目标颗粒的液流流入旁侧支流通道(332)，后与中心通道(331)流出的液流汇合，随后再次流入主通道(2)。

所述“流阻”是“流动阻力”的含义，即液体(粘性液体)在一定空间内(如管道)中运动时产生的一种阻碍流动的反作用力。对于在管道中流动的液体而言，流阻R_流阻的表示方法为：R_流阻＝8ηL(H+W)²/(HW)³，其中η表示液体的粘滞系数，L、W和H分别表示管道的长、宽和高；本发明所提到的特定通道的流阻(例如中心通道的流阻、旁侧直流通道的流阻等)即指的是液体在该通道中流动时所产生的阻力。由于对于不同通道而言，由于流动的是同一液体，因而具有相同的粘滞系数，因此，液体在不同通道中的所产生的流阻比例关系只与通道的尺寸相关，基于通道的L(H+W)²/(HW)³的比值即可得出，需要说明的是，上述流阻表示方法和流阻比例关系的计算方式不限于中心通道(331)与旁侧支流通道(332)，而是适用于微流控芯片中所有的通道。

根据泊肃叶公式Q＝Δp/R，其中Q表示液流的流量，Δp表示管道两端的压强差，R表示管道的流阻，可得流量Q的分配与流阻R成反比。即Q1/Q2＝R2/R1。

在又一个实施方案中，设W_Z表示主通道(2)宽度的一半，W₂表示主通道收窄处(32)的宽度，r_cell表示样品中目标颗粒物平均半径，d1表示液流中最靠近主通道收窄处(32)一侧边界(例如右侧，相似的，也适用于左侧)的目标颗粒物的质心与该侧边界的距离，R1是每个汇聚分流单元(3)中第一个汇聚结构(33)的中心通道(331)的流阻，R2是第一个汇聚结构(33)中单条旁侧支流通道(332)的流阻，上述参数满足下列条件：

其中d1的取值等于r_cell，或者稍小于r_cell。不等式左侧表示的是继续留在主通道中的液流占整体液流的比例，右侧表示整体流阻/汇聚结构中心通道的流阻。

满足以上公式(不等式)，即可保证第一个汇聚结构不会分走目标颗粒，同时尽可能分走不含目标颗粒的流体。并且可计算出该汇聚结构的中心通道(331)的流阻与所述旁侧支流通道(332)的流阻之间需要满足的比例关系。

在又一个实施方案中，设第n个(n是大于等于1且小于汇聚结构总数的自然数)汇聚结构(33)的中心通道(331)的流阻为R1ⁿ，单条旁侧支流通道(332)的流阻为R2ⁿ，第n+1汇聚结构(33)中心通道(331)的流阻为R1ⁿ⁺¹，每条旁侧支流通道(332)的流阻为R2ⁿ⁺¹，其满足下列条件：

其中d1的取值等于r_cell，或者稍小于r_cell。不等式左侧表示经过第n个汇聚结构后，被汇聚后的目标颗粒所在的液流占整体液流的比例，其中

表示第n个汇聚结构中心通道的流量占整体流量的比例，

表示被汇聚后的目标颗粒所占区域占中心通道流量的比例，右侧表示第n+1个汇聚结构的整体流阻/汇聚结构中心通道的流阻。

满足以上公式(不等式)，即可保证目标颗粒经过第n个汇聚结构，即将进入第n+1个汇聚结构时不会被分走，同时尽可能分走不含目标颗粒的流体，并且可以计算出第n组与n+1组汇聚结构的流阻需要满足的比例关系。

在又一个实施方案中，所述分流通道(34)两端均与主通道(2)相交汇，其中上游的交汇处靠近汇聚分流单元中最后一个汇聚结构，下游交汇处与靠近微流控芯片的出口(5)；优选地，分流通道(34)为两条，分别排列在主通道(2)两侧，更优选对称排列在主通道(2)两侧，并且具有相同的尺寸参数；还优选地，在分流通道(34)与主通道(2)的交汇处，主通道宽度变大，例如宽度变为原来的1.5倍至5倍之间，例如1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍，以及上述任意两点之间的任意倍数值；进一步优选地，对所述交汇处的管壁进行修圆。

在又一个实施方案中，其中分流通道(34)的流阻与分流通道(34)和主通道(2)的两个交汇处之间区域的整体流阻满足比例关系使得目标颗粒继续流入主通道(2)，而不含有目标颗粒的液流流入分流通道(34)。

在又一个实施方案中，其中第m个(m是大于等于1，小于等于汇聚分流单元总数的自然数，例如m＝1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)汇聚分流单元(3)的分流通道(34)的流阻确定方式如下：设样品经过所述第m个汇聚分流单元(3)的最后一个汇聚结构(33)后，目标颗粒集中在距离主通道(2)中心[-r,r]的范围内，其中r的值基于所述第m个汇聚分流单元中各汇聚结构的通道宽度及流阻比例计算获得；设主通道宽度的一半为W_Z，由分流通道(34)分走的液体宽度小于等于W_Z-r，随后计算出分流通道(34)的液流占整体液流的比例

设所述第m个汇聚分流单元的分流通道(34)与主通道(2)的两个交汇处之间区域的的整体流阻(或者叫做分流通道内部区域的整体流阻)为R1^m，每个分流通道(34)的流阻为R2^m，根据公式：

即得到

从而获得R2^m与R1^m的比例关系，

即所述第m个汇聚分流单元的分流通道的流阻与后面所有结构的流阻之间的关系。从后往前，基于最后一个分流通道内部区域的整体流阻即捕获单元的流阻，即得到前面任意一个，例如第m个汇聚分流单元(3)的分流通道(34)的流阻值，进一步可以得到通道的具体尺寸或尺寸范围。

在又一个实施方案中，所述微流控芯片还包括捕获单元(4)，用于捕获目标颗粒；优选地，所述捕获单元(4)位于汇聚分流单元(3)的下游，两端均与主通道(2)相连通，还优选地，所述捕获单元通过分支管道(41)与主通道(2)相连通。

在一个具体实施方案中，所述捕获单元(4)包括一层或者一层以上(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10层)阵列，优选地，所述阵列由任意形状(例如正方体、立方体、三棱柱、圆柱等，或者截面是正方形、矩形、三角形、圆形等形状)的小块(42)排列而成，相邻小块(42)之间存在间隙d，所述间隙d的大小被定义为两个相邻小块(42)表面上距离最近的两点之间的距离；还优选地，每层阵列中小块(42)之间的间隙d是相同的；进一步优选地，不同层阵列中的小块(42)之间的间隙d由上到下逐级递减，例如，当阵列层数为4层时，由上到下所述间隙d的大小依次为14μm、12μm、10μm和8μm。

在又一个实施方案中，所述入口(1)处还包括过滤结构(11)。

在第二个方面中，本发明提供了一种富集和/或捕获样品中目标颗粒的装置，其包括第一个方面中的微流控芯片。

在第三个方面中，本发明提供了一种降低样品流量和/或流速的方法，其包括使用第一个方面所述的微流控芯片或第二个方面所述的装置。

在第四个方面中，本发明提供了一种目标颗粒物富集和/或捕获方法，其包括：

(1)提供包含目标颗粒的样品溶液；

(2)将所述样品溶液注入第一个方面所述的微流控芯片或第二个方面所述的装置。

在第五个方面中，本发明提供了一种去除样品溶液中目标颗粒的方法，其包括：

(1)提供包含目标颗粒的样品溶液；

(2)将所述样品溶液注入第一个方面所述的微流控芯片或第二个方面所述的装置中；

(3)收集由所述微流控芯片的出口(5)流出的样品溶液；

任选的，重复进行步骤(2)和(3)，所述重复的次数为1次、2次或更多次(例如3、4、5、6、7、8、9或10次)。

本发明所述方法中所述样品溶液的注入速度为5至200mL/h、10至150mL/h、20至100mL/h、30至80mL/h，40至60mL/h，具体的，注入速度可以是10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200mL/h，以及上述任意两点之间的流速值。

本发明所有实施方案所使用的样品源自全血、血浆、血清、灌流液、尿液、组织液、脑脊液、细胞培养液或细胞混合液，优选是全血或者灌流液。

本发明所有实施方案中所涉及的目标颗粒物是肿瘤细胞，优选为循环肿瘤细胞(CTC)。

本发明的芯片实现了在至少40mL/h的高流速下，对血液中肿瘤细胞的捕获，并且捕获效率大于90％，白细胞的平均残留率仅为0.008％，远低于其它纯物理分离方法。由于本发明芯片适用于高流速样品中目标颗粒(细胞)的分离捕获，从而使得实际临床应用成为了可能，并且也已成功实现了对健康志愿者和已确诊肺癌、乳腺癌、肝癌等患者血样的双盲阴性阳性鉴定分离。

附图说明

图1显示了实施例1芯片的结构示意图(A)和实物图(B)。

图2显示了一个实施方案中一组汇聚分流单元的结构示意图，其中包括了5个汇聚结构以及主通道两侧分流通道。

图3显示了一个实施方案中主通道收窄处的示意图，其中d1表示目标颗粒物质心距离主通道收窄处边界的距离；d2表示目标颗粒物质心距离主通道边界的距离。

图4a显示了汇聚结构流线示意图，r是分走的液体靠近中心的边界距离主通道中心的距离；W_Z为主通道宽度的一半；图4b显示了一个实施方案中经过第一个汇聚结构后荧光标记的肿瘤细胞在主通道中的位置变化；图4c显示了一个实施方案中经过第一、三、五个汇聚结构后肿瘤细胞在主通道中的位置分布。

图5a显示了一个实施方案中分流通道的整体设计，图5b显示了分流通道的局部放大图，图5c显示了含有荧光标记肿瘤细胞的血液流经分流通道时的液流形态，左侧为明场和荧光的叠加图，右侧为荧光图。

图6a显示了血液掺杂HeLa细胞在不同流速下的捕获效率，图6b显示了血液掺杂不同细胞系的肿瘤细胞在40mL/h流速下的捕获效率，图6c显示了血液掺杂不同浓度的HeLa细胞在40mL/h流速下的捕获效率。

图7显示了在不同流速下肿瘤细胞在捕获区的分布(血液中掺杂)情况，肿瘤细胞用白色虚线方框标示。

图8显示了血液外加肿瘤细胞后通过芯片并利用PBS冲洗，ACK裂解液裂解红细胞后的典型捕获情况图。(肿瘤细胞染色后带有红色荧光，图中用黑色虚线方框标示；白细胞染色带有蓝色荧光，图中用黑色虚线圆圈标示)。

图9显示了临床双盲测试检测健康志愿者和肿瘤患者血液中的CTC的数量。

具体实施方式

还可进一步通过实施例来理解本发明，然而，要理解的是，这些实施例不限制本发明。现在已知的或进一步开发的本发明的变化被认为落入本文中描述的和以下要求保护的本发明范围之内。

微流控芯片

本发明微流控芯片的第一个功能在于将目标颗粒汇聚在样品液流的中心部分，并通过分流实现样品液流的降流降速，以便于后续的目标颗粒的捕获或分离。为了实现该功能，本发明芯片包括入口1、主通道2、汇聚分流单元3，以及出口5，如果同时实现目标颗粒的捕获优选还包括目标颗粒捕获单元(简称捕获单元)4。

汇聚分流单元3的功能在于将输入芯片的样品中的目标颗粒(如肿瘤细胞)向主流道2的中心线汇聚，同时将非目标颗粒(如红细胞、白细胞等)分流，这样就能够显著提高目标颗粒的相对浓度，更重要的是，当流出汇聚分流单元的样品进入捕获单元4后，其样品流速和流量相比于进入汇聚分流单元3前已经显著的降低，这也为目标颗粒的捕获提供了便利条件。这个特点使得本发明的芯片适合于高流速高通量的加样，大大提高了实际临床应用的效果。

入口

入口1即芯片的样品入口，用于将待检样品输入微流控芯片中。在一个实施方案中，入口处还包括过滤结构11，从而将样品中的杂质过滤去除，防止芯片的堵塞。

主通道

主通道2即连接芯片入口1和出口5的主样品通道，其截面宽度为2W_Z(W_Z为截面宽度的一半)。不同的功能模块(例如汇聚分流单元3)均与主通道连接，从而完成对样品不同类型的操作。需要说明的是，主通道2并非物理上绝对连续的通道，主通道2的延伸方向上可以有其他结构，例如在主通道2的一段可以被在后描述的汇聚结构中的中心通道331所替代，该中心通道331与主通道2同轴排列，并且两端均与主通道2相连，在这个意义上，中心通道331也可以认为是截面宽度改变的主通道2。在一个实施方案中，W_Z＝45μm，则主通道2宽度2W_Z为90μm。

汇聚分流单元

汇聚分流单元3的数量可以是一个，更优选地两个或更多个(例如1-20个，优选1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个)，当包含两个或更多个汇聚分流单元3时，不同的汇聚分流单元3依次串联排列，相互之间通过主通道2连接；不同的汇聚分流单元可以是具有相同的尺寸参数或者具有不同的尺寸参数，优选具有相同的尺寸参数；汇聚分流单元3包括至少一个包含收集口31、主通道收窄处32、一个或更多个(例如1-20个，优选1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个)串联排列的汇聚结构33和分流通道34。其中，收集口31用于输入样品，特别的可以输入高流速高流量的样品，样品经过主通道2流入汇聚分流单元3；当样品由汇聚分流单元3流出后，可以流入下一个汇聚分流单元3，当从最后一个汇聚分流单元3流出后，即获得了降流降速的样品，优选地，当芯片包含捕获单元4时，所述流出的样品进入捕获单元4。

本发明中所有通道(包括主通道2、中心通道331、旁侧支流通道332或分流通道34等)的截面可以是任意适合的形状，例如圆形、椭圆形、正方形、长方形、或者其他任意多边形等。

收集口

收集口31用于将来自主通道2的样品导入主通道收窄处32，优选地形成一个漏斗形结构，其中收集口最宽处的截面宽度为W₁，则W₁不小于主通道截面宽度2WZ(W_Z为主通道截面宽度的一半)，在一个实施方案中，W₁＝2W_Z；在另一个实施方案中W₁>2W_Z，在一个具体实施方案中，W₁＝200μm。

主通道收窄处

主通道收窄处32位于收集口31和主通道2之间，其截面宽度W₂小于收集口截面最宽处(W₁)，同时也小于主通道宽度(2W_Z)，从而在局部形成了两头宽中间窄的结构。

图3显示了一个具体实施方案中，样品经主通道收窄处32流入主通道2的过程。其中，设d1为液流中紧贴收窄处右侧边界(相似的，也适用于左侧)的目标颗粒物的中心(或者叫做质心)与右侧边界的距离。d2为进入主通道后最靠近右侧边界的目标颗粒物的质心与主通道右侧边界的距离，设r_cell是目标颗粒物的半径，对于具有一定刚性的目标颗粒物而言(例如细胞，特别是癌细胞，如CTC等)，d1可以认为等于r_cell，因为目标颗粒物难以被压缩。在实际计算中，为了保证设计的通道使得所有目标颗粒物均不会被误排出，可以使d1稍小于r_cell，所谓的“稍小于”是本领域技术人员能够理解的，即只要保证d1的数值小于r_cell，就可以在计算中更大限度的保证目标颗粒物进入中心通道，例如d1可以是r_cell的90％以上，例如90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或上述任意两点值之间的范围和数值。

当液流从收窄处32流入正常宽度的主通道2时，根据流体力学的原理，可以得出d2＝2W_Z/W₂*d1，同理也适用于左侧边界的细胞。随后液流进一步流经汇聚结构。

汇聚结构

汇聚结构33包括旁侧支流通道332和中心通道331，其中优选旁侧支流通道332为两条，分别排列在中心通道331两侧，呈对称分布，优选具有相同的结构和尺寸参数。每条旁侧支流通道332在上下两端(或者叫做前后两端)均与主通道2和中心通道331相交汇，优选地，中心通道331的截面宽度小于主通道2的截面宽度，例如中心通道331的截面宽度是主通道2截面宽度的30％-99％，例如95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％以及上述任意两点之间的任意值。样品(例如血液)经主通道进入后，一部分液体(其中包含有目标颗粒)继续流入中心通道中，而剩余液流(其中不含有目标颗粒)流入两侧的旁侧支流通道中，随后旁侧支流通道中的液体与从中心通道流出的液体汇合再次流入主通道，随后进入下一个汇聚结构或者流经分流通道(如果从最后一个汇聚结构出来)。此外，在一个实施方案中，每条旁侧支流通道332本身可以还包含分支结构，即呈现多条通道并联或者串并联结合的形式。

如图4所示，当样品经过主通道收窄处32后，进入第一个汇聚结构33后，主通道2中一部分远离中心点的液流会被分流入旁侧支流通道332中，随后再从两侧汇入中心通道331流出的液流中。因此，为了实现将主通道2的液流中分布较为杂乱的目标颗粒通过汇聚结构33实现汇聚(即将目标颗粒向中心部分聚拢)，就需要保证分走的液体中不包含目标颗粒，而目标颗粒均流经中心通道331，靠近中心通道331边界的目标颗粒被通道左/右侧壁向通道中心推进一定距离，随后分走的液体流回与包含目标颗粒的液流汇合。总体而言，经过汇聚结构，细胞质心被向聚拢。为了实现上述目标：

以主通道2中后续会流入旁侧支流通道332的液流为观察对象，设该液流最靠近主通道2中心侧的边界与中心处的距离为r，边界上的液流速度为v，v_max是主通道2中心的速度，同时也是液流截面上的最大速度，W_Z为主通道宽度的一半，根据流体力学的原理，v和v_max满足下面公式：

对速度分布和r积分，得到原函数如下：

从-W_Z到W_Z对整个通道积分，得到整体的流量如下式所示:

接下来，从-r到r进行积分，就可以计算出经过主通道后继续保留在主通道的液体流量，如下式所示：

设分流比例为k，即进入旁侧支流通道332的流量与整体流量的比例，进而我们可以得知继续保留在主通道的液体流量与整体流量的比例为1-k，如下式所示：

参见上文可知，经过主通道收窄处流入的最靠近主通道右侧(或左侧)壁的细胞质心距离主通道右侧(或左侧)壁为d2，其中，d2＝2W_Z/W₂*d1(图3)，W₂表示主通道收窄处的宽度。对于流经主通道收窄处，即将进入第一个汇聚结构的液流而言，此时

带入式(V)，得到

设R1是第一个汇聚结构中心通道331的流阻，R2是第一个汇聚结构旁侧支流通道332的流阻，管道的流阻与管道的尺寸特征相关，在本发明计算流阻比例关系时，流阻的计算公式如下：其中流阻R_流阻的表示方法为：R_流阻＝8ηL(H+W)²/(HW)³，其中η表示液体的粘滞系数，L、H和W分别为通道(如中心通道以及旁侧支流通道的长、高、宽)，根据流阻和流量的分配成反比，以流阻为基础可以计算出流量分配比例

为了保证目标颗粒继续保留在主通道，不含目标颗粒的液流尽可能被分走，需要满足：

不等式左侧表示细胞质心所在区间对应的那部分液流占总体液流的比例，右侧表示按照第一个汇聚结构的流阻计算得到的继续保持在主通道的液流占总体液流的比例。右侧需要稍大于等于左侧，才能保证目标颗粒不会被分走。

为了保证液流在流经所有汇聚结构时均能够被进一步汇聚，需要前后两个汇聚结构的在流阻方面满足一定的关系。设第n个(n大于等于1小于等于汇聚结构的总数减1)汇聚结构中心通道的流阻为R1ⁿ，旁侧支流通道的流阻为R2ⁿ；第n+1个汇聚结构中心通道的流阻为R1ⁿ⁺¹，旁侧支流通道的流阻为R2ⁿ⁺¹，经过第n个汇聚结构之后，目标颗粒物的中心距离边界为：(W_Z-r+p)，其中p表示原位于分流边界的目标颗粒经过第n个汇聚结构后向中心推进的距离。为了保证经过第n+1个汇聚结构时，所有目标颗粒仍然被进一步汇聚而不会出现目标颗粒进入旁侧支流通道的情形。

首先求出在中心通道处最靠近左侧的颗粒物质心距离最靠近右侧的颗粒物质心所在区间的这部分流量占中心通道流量的比例(图4a)，相似的原理，根据公式V，

只不过此时将r替换为Wsⁿ/2-d1，W_Z替换为Wsⁿ/2，其中Wsⁿ表示第n个汇聚结构的中心通道的宽度(n大于等于1小于等于汇聚结构的总数减1)。进一步得到上述比例的具体表达式为

再根据中心通道的流量占主通道整体流量比例为1-k，相似的，根据公式(VII)，可得

可以求出中心通道处最靠近左侧的颗粒物质心距离最靠近右侧的颗粒物质心所在区间的这部分流量占主通道整体流量的比例：

进一步的，根据公式(VII)，可以计算出液流即将进入第n+1个汇聚结构时，继续保留在主通道的流量占整体流量的比例为

不等式左侧表示细胞质心所在区间对应的那部分液流占总体液流的比例，右侧表示按照第n+1个汇聚结构的流阻计算得到的继续保持在主通道的液流占总体液流的比例。右侧需要稍大于等于左侧，才能保证目标颗粒不会被分走。

结合公式(VIII)和公式(IX)，针对具有不同大小尺寸的目标颗粒物(例如肿瘤细胞)，即可确定能够实现目标颗粒持续汇聚的汇聚结构的具体尺寸和比例关系，而并不限于特定的尺寸和比例关系。

分流通道

分流通道34的作用在于，经过1个或更多个汇聚结构33的汇聚作用后，目标颗粒已经集中在靠近液流中心的位置，通过开设分流通道34与主通道2相连，即可将不含有目标颗粒的液流排出一部分，从而降低样品液流的流速和流量。然后进入下一个汇聚分流单元3，当样品流经最后一个汇聚分流单元3后，如果需要捕获目标颗粒时，即会通过主通道2进入捕获单元4。

分流通道的设计原则为：当经过汇聚结构33的汇聚作用后，主通道2中的液流在流经分流通道34前，目标颗粒已经被汇聚在靠近液流中心的范围内，因此为了实现降流降速的目的，只需要将液流中靠近边缘的那部分不包含目标颗粒的液流部分排出即可。

分流通道34优选为两条，优选对称排列在主通道2的两侧，每条分流通道34在上下游(或前后两端)分别与主通道相交汇，进入分流通道34的液体在下游交汇处进入主通道2并从出口5排出。在一个实施方案中，每条分流通道34本身可以还包含分支结构，即呈现多条通道并联或者串并联结合的形式。

在一个实施方案中，如图5b所示，设液流经过一个或更多个汇聚结构汇聚然后流入主通道2时，液流中心点距离通道边界(如右边界)的距离为W_Z，同时目标颗粒都由于汇聚作用被聚集在液流中心附近，设包含目标颗粒的液流的边界与中心点的距离为r。因此需要被分流的液流宽度宽度应小于等于W_Z-r。

在一个示例性的实施例中，主通道2的总宽度为90μm，即WZ＝45μm。每个汇聚分流单元3包括有5个汇聚结构33，经过汇聚作用后，目标颗粒集中在[-16μm，16μm]区间内，即r＝16μm(以通道中心点为坐标原点)，因此W_Z-r＝29μm。因此，最优设计就是分流部分走两侧宽度为29μm的液流，从而保证既能尽量多的去除非目标颗粒(例如白细胞和红细胞)，同时又不会分走目标颗粒(如CTC)。

为了保证W_Z-r的液流被分走，需要确定需要多少比例的液流进入分流通道，因此需要进行下述计算。以下计算过程类似于汇聚结构中计算旁侧分支通道分走流量的计算过程。具体如下：

以进入主通道2中远离通道中心且后续会流入分流通道34的液流为观察对象，设该液流靠近主通道中心侧的边界与中心的距离为r(同包含目标颗粒的部分液流的边界与中心点的距离r)，边界上的液流速度为v，v_max是主通道中心处液流的流速，同时也是液流截面上的最大速度，W_Z为主通道宽度的一半，根据流体力学的原理，v和v_max满足下面公式：

对速度分布和r积分，得到原函数如下：

从-W_Z到W_Z对整个通道积分，得到整体的流量如下式所示:

接下来，从-W_Z到-r和从r到W_Z进行积分，就可以计算出流入主通道后被分入两侧分流通道的液体流量，如下式所示：

设分流比例为k，即进入分流通道的流量在总液流中的流量比例，k的计算如下式所示：

同样在前述的示例性的实施例中，其中，W_Z＝45μm，r＝16μm。将W_Z和r带入式(XI)后，可以知晓k的比例约为0.44。

其中，液体分配遵循公式：

对于每一次分流而言，设R1是分流通道(34)内部区域的流阻(含义见后文)，R2是两边分流通道的流阻，分流通道流阻的计算公式如下：R_流阻＝8ηL(H+W)²/(HW)³，其中η表示液体的粘滞系数，L、H和W分别为通道(通道的长、高、宽)，基于上述的方法，可以得出分流比例

本发明的多个实施方案中，微流控芯片包含了多组汇聚分流单元，上下依次串联排列，对于每个特定的分流部而言，分流通道34内部区域的流阻，即指分流通道(34)与主通道(2)的两个交汇之间区域所有管道或者其他结构的整体流阻，为了简明，本发明中也将其称之为“交汇处之间流阻”或者“交汇处内部流阻”，有时也简称为为“内部整体流阻”或者“内部流阻”。下面给出计算的过程，从最后一组也就是与捕获单元相连的汇聚分流单元开始计算。

设第m组(m是大于等于1，且小于等于汇聚分流单元总数量的自然数)汇聚分流单元的交汇处内部流阻为R1^m，对于最后一个汇聚分流单元(即m等于汇聚分流单元的数量时)，内部整体流阻包含连接捕获区域与主通道的连接通道41的流阻加上捕获单元的小块42的流阻，分流部中的两侧分流通道的流阻是R2^m，由于需要满足的比例k已知(每一个汇聚分流单元均满足相同的k)，通过公式

即可计算出R1^m和R2^m的相互关系，即

从而得到

为了简化，设

设第m-1组分流部两侧分流通道内部的整体流阻为R1^m-1，两侧分流通道的流阻均是R2^m-1，通过公式

即可计算出R1^m-1和R2^m-1的相互关系；同时，由于R1^m ^-1实际上是由它后面一组分流部中的R1^m与两组R2^m并联形成的，两组R2^m并联后的流阻为1/2*R2^m，进一步计算R1^m-1＝R1^m*1/2*R2^m/(R1^m+1/2R2^m)，其中R2^m＝x*R1^m，带入上式可以得到R1^m-1＝[x/(x+2)]*R1^m(XII)，

以此类推，即可计算出每一组汇聚分流单元的分流部中R1和R2的具体参数，从而确定如果需要实现既定的分流目标，分流通道和中心通道的长宽高应当满足的条件。

在一个实施方案中，k＝0.5(即分流走一半流量的液流)；

在一个具体实施方案中，包括所述芯片共包含7组汇聚分流单元3，每个汇聚分流单元3包括1组分流通道34(主通道2左右两侧各1个分流通道34，二者并联排列)，共计7组分流通道34。

对于最后一个汇聚分流单元的分流通道34，样品液流会根据分流通道内部的流阻与分流通道的并联流阻进行分配，而所述分流通道34内部的流阻即捕获单元的流阻，设为R1⁷，设两侧分流通道34的单侧流阻为R2⁷，为了保证能够分流走一半的流量，要求两侧分流通道的总流阻(并联)等于捕获单元的流阻R1⁷，计算如下：

两侧分流通道并联流阻为：(R2⁷*R2⁷)/(R2⁷+R2⁷)＝1/2*R2⁷＝R1⁷，因此得到：

R2⁷＝2R1⁷，即式XII中的x＝2，因此，

可以容易的计算出，倒数第2，3，4，5，6，7组分流部内部区域的总流阻约为1/2*R1⁷、1/4*R1⁷、1/8*R1⁷、1/16*R1⁷、1/32*R1⁷和1/64*R1⁷；

倒数第2，3，4，5，6，7组分流部的分流通道的流阻约为R1⁷、1/2*R1⁷、1/4*R1⁷、1/8*R1⁷、1/16*R1⁷和1/32*R1⁷。

基于上述计算，可以容易的得到各分流通道的流阻关系以及具体尺寸比例设计。

捕获单元

现有技术中存在多种目标颗粒例如肿瘤细胞的捕获结构，理论上，已有的捕获结构均可以作为本发明的捕获单元4。优选地，本发明的芯片采用多层排列的间隙设计，从包含目标颗粒的液流进入至流出捕获单元4，捕获单元4在下端与出口5连接，从而将经过捕获后的液流从出口5排出，液流流过的间隙逐渐变小，从而特异性的捕获特定尺寸大小的目标颗粒。优选地，目标颗粒的尺寸大于液流中的非目标颗粒，更优选地，所述目标颗粒为肿瘤细胞，例如循环肿瘤细胞。

在一个实施方案中，捕获单元4是多层(例如3至10层，具体的3、4、5、6、7、8、9、10层)的阵列结构，优选地，每层阵列由任意形状(例如正方体、立方体、三棱柱、圆柱等形状，或者，截面可以是正方形、矩形、三角形、圆形等)的小块排列而成，每两个小块之间存在间隙，所述间隙值被定义为两个相邻小块上最接近的两点之间的距离；还优选地，每层阵列内的间隙是相同的；进一步优选地，不同层阵列的间隙由上到下逐级递减，例如，当阵列层数为4层时，由上到下间隙依次为14μm、12μm、10μm和8μm。

在一个实施方案中，捕获单元4设计如下：包含四层三角形阵列，由上到下间隙依次为14μm、12μm、10μm和8μm，每一层分别包括3，3，3，5排均匀排列的三角形，三角形为等边三角形，边长为80μm。

在一个具体的实施方案中，所述捕获单元4用于捕获肿瘤细胞特别是CTC细胞，这是因为CTC尺寸较大且不易变形，会被间隙卡住，而其他血液细胞，例如白细胞尺寸相对较小且变形能力较强，能自由通过间隙。

实施例1芯片设计

如图1所示，本实施例制备的微流控芯片同时包含汇聚分流单元3和捕获单元4，其中汇聚分流单元3的数量为7个，依次串联排列。每个汇聚分流单元3包括收集口31、主通道收窄处32、5个汇聚结构33和两侧分列的2个分流通道34。

其中收集口31的最宽处截面直径W₁＝200μm，整体呈现漏斗状结构，主通道收窄处32的截面直径W₂＝30μm，主通道2的截面直径为90μm。

对于每一个汇聚分流单元3，其中所述5个汇聚结构33的旁侧分流通道332的宽度分别为30，40，40，40，40μm，长度分别为1180，900，600，440，440μm(单侧的长度)，中心通道331的宽度Ws为30μm，主通道2的宽度2W_Z为90μm。

所述7组汇聚分流单元3具有相同个数和尺寸的汇聚结构33，分流通道34从上到下宽度分别为220、200、180、160、140、110和85μm，长度分别为75131、70455、65809、61313、56917、52691和48570μm(单侧的长度)。

制备工艺：

(1)针对特定的目标颗粒，基于理论计算，设计汇聚分流单元和捕获单元尺寸，采用L-edit画出芯片图纸；

(2)采用铬板制作掩膜，采用硅片或铬板作为基底，su-8光胶匀胶，前烘，曝光，后烘，显影的方式制作模具；

(3)采用PDMS A胶：B胶＝8：1混匀倒在模具上，加热固化制作芯片，芯片打孔后与玻片通过空气等离子体处理后键合。

实施例2利用芯片捕获血液中的肿瘤细胞

芯片中预先通入PBS，以排尽通道内的空气，随后采用1％BSA孵育0.5h防止细胞粘附；

将HeLa细胞消化后，利用CellTracker染色，随后稀释至浓度10000个/mL，取兔血，加等体积肝素(10mg/mL)1：1稀释防凝；

取1ml稀释血液，加入100μL浓度为10000个/mL的染色后HeLa细胞，采用注射泵控制流速推进芯片，同时出口连接24孔板。

通过荧光显微镜观察芯片各级汇聚分流区，统计HeLa细胞及血液中其他细胞在流线中被汇聚和分流的情况并做图(见图4b和c)，观察结果证实了肿瘤细胞经过汇聚结构后逐渐向中间汇聚的过程。同时观察到红细胞和白细胞会被分流通道分走，而肿瘤细胞不会被分流通道分走(见图5c，红色荧光为肿瘤细胞，没有荧光的是红细胞和白细胞)。

随后，取多种不同的人源肿瘤细胞(HeLa、NCI-H226、MCF-7以及MB-MDA-231)进行实验，所述肿瘤细胞具有相近的尺寸，平均直径约在12至16μm之间，实施例1的芯片正是基于所述尺寸制作，理论上可用于所有这些细胞的分离。另外，设置了从低到高的流速梯度和细胞密度进行实验，以验证芯片的可靠性。

捕获效率的计算公式为：捕获效率(％)＝芯片上捕获到的细胞/(芯片上捕获到的细胞+流出芯片的细胞)*100％。由于肿瘤细胞标记有荧光，在荧光显微镜下对捕获区域进行全区域的拍照，之后读出荧光细胞的个数，即为捕获到的肿瘤细胞个数。流出芯片的液体收集在24孔板中，加入ACK裂解液裂解红细胞使得视野更清晰，之后在荧光显微镜下拍照计数，得到流出的肿瘤细胞个数。

结果如图6所示，在不同的流速下，对HeLa细胞均能保持较高的捕获效率，特备是流速达到40mL/h时，仍然能够保持超过90％的捕获效率，甚至在流速为60mL/h时，捕获效率仍然超出了85％。图6b显示了在40mL/h流速下不同大小人源肿瘤细胞的捕获效率，可以看出，芯片对于不同的肿瘤细胞系均具有相似的捕获效率，均达到了90％以上。图6c显示了当肿瘤细胞密度不同时，特别是当肿瘤细胞密度很低时，芯片能够保持稳定且很高的捕获效率。

接下来，还测定了在不同流速下肿瘤细胞在捕获区的分布情况，结果如图7所示，随着流速的增加，肿瘤细胞会逐渐向后排分布，即使流速增加至60mL/h时，仍不会有肿瘤细胞从捕获区的间隙漏出，由此可见本发明芯片能够有效地捕获肿瘤细胞。

实施例3白细胞的残留率测定

白细胞残留是肿瘤细胞捕获芯片常常会出现的现象，如果白细胞存留率过高，会影响所分离的肿瘤细胞的纯度，进而影响后续分析检测结果。为了测试白细胞在实施例1芯片上的残留情况，接下来对多次不同实验中白细胞残留数量进行了取样和统计(图8)，结果显示实施例1芯片的白细胞残留率为10万分之8.1±6.6，即残存白细胞比例平均为0.008％，远低于其他纯物理分离方法。

实施例4、临床样本检测

已知癌症病人的血液中会存在着数量稀少的循环肿瘤细胞(CTC)，通过对血液CTC的有效捕获能够实现癌症的早期检测以及辅助治疗。为了检验本发明芯片对癌症病人血液中的肿瘤细胞的捕获效率，与医院合作，分别采集了3例健康志愿者血样和6名已确诊癌症患者血样各2mL，进行随机编号，用实施例1的芯片分别进行循环肿瘤细胞(CTC)的捕获，捕获后在芯片上进行了原位的CD45/EpCAM/Hoechst染色验证，根据CellSearch标准，染色结果显示为Hoechst⁺CD45^-EpCAM⁺的细胞是CTC。结果如图9所示，本发明芯片在所有的健康血样中每毫升血液中检测到2个CTC，之所以健康人血液中也会检测得到CTC，是因为EpCAM对E型细胞染色，除了CTC是E型细胞之外，血液中的皮肤细胞和极少数血液细胞也是E型细胞，会存在污染。而在所有的癌症患者血样中，均在血液中捕获到了明显更多的CTC，特别是在两个IV期乳腺癌患者中，每毫升血液中分别检测到了117个和47个CTC，而在肺癌的III期和IV期患者中，分别能够在每毫升血液中检测到30至40个不等的CTC，而在更早期的肺癌患者中(IIB)，每毫升血液能检测到17个CTC。以上数据表明，本发明的芯片能够灵敏有效的捕获临床样本中的CTC，具有不可估量的临床应用价值。

Claims

1.一种微流控芯片，其包含入口(1)、主通道(2)、一个或更多个(例如1-20个，优选1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个)汇聚分流单元(3)以及出口(5)，所述入口(1)、汇聚分流单元(3)和出口(5)由主通道(2)相连；样品由入口(1)进入主通道(2)，并流经所述汇聚分流单元(3)，所述汇聚分流单元(3)将所述样品中的目标颗粒汇聚在液流中心，同时将不含有目标颗粒的液流由出口(5)排出或者部分排出，从而在不损失目标颗粒的情况下降低样品的流速和/或流量。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中所述汇聚分流单元(3)包括收集口(31)、主通道收窄处(32)、一个、两个或更多个(例如1-20个，更例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个)串联排列的汇聚结构(33)、以及分流通道(34)。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其中所述汇聚结构(33)包括中心通道(331)以及旁侧支流通道(332)，其中中心通道(331)在两端均与主通道(2)相接并且同轴排列，优选地，中心通道(331)的宽度小于主通道(2)的宽度，还优选地，中心通道(331)的宽度是主通道(2)宽度的30％-99％，例如95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％以及上述任意两点之间的任意值；所述旁侧支流通道(332)在两端均与主通道(2)以及中心通道(331)相交汇；进一步优选地，所述旁侧支流通道(332)为两条，再一步优选地，所述两条旁侧支流通道(332)排列在中心通道(331)两侧，更优选地，所述两条旁侧支流通道(332)对称排列在中心通道(331)两侧，并且具有相同的尺寸参数。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其中，所述中心通道(331)的流阻(即流动阻力)与所述旁侧支流通道(332)的流阻满足比例关系，使得样品由主通道(2)进入汇聚结构(33)后，包含目标颗粒的液流进入中心通道(331)，而不含有目标颗粒的液流流入旁侧支流通道(332)，后与中心通道(331)流出的液流汇合，随后再次流入主通道(2)。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其中所述流阻的比例关系基于通道的L(H+W)²/(HW)³的比值得出，L、W和H分别表示通道的长、宽和高。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的微流控芯片，其中设W_Z表示主通道(2)宽度的一半，W₂表示主通道收窄处(32)的宽度，r_cell表示样品中目标颗粒物平均半径，d1表示液流中最靠近主通道收窄处(32)一侧边界(例如右侧，相似的，也适用于左侧)的目标颗粒物的质心与该侧边界的距离，R1是每个汇聚分流单元(3)中第一个汇聚结构(33)的中心通道(331)的流阻，R2是第一个汇聚结构(33)中单条旁侧支流通道(332)的流阻，上述参数满足下列条件：

其中d1的取值等于r_cell，或者稍小于r_cell。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的微流控芯片，设第n个(n是大于等于1且小于汇聚结构总数的自然数)汇聚结构(33)的中心通道(331)的流阻为R1ⁿ，宽度为W_s ⁿ，单条旁侧支流通道(332)的流阻为R2ⁿ，第n+1汇聚结构(33)中心通道(331)的流阻为R1ⁿ⁺¹，每条旁侧支流通道(332)的流阻为R2ⁿ⁺¹，其满足下列条件：

其中d1的取值等于r_cell，或者稍小于r_cell。

8.根据权利要求2至7任一项所述的微流控芯片，其中所述分流通道(34)两端均与主通道(2)相交汇，其中上游的交汇处靠近汇聚分流单元中最后一个汇聚结构，下游交汇处与靠近微流控芯片的出口(5)；优选地，分流通道(34)为两条，排列在主通道(2)两侧；更优选对称排列在主通道(2)两侧，并且具有相同的尺寸参数；还优选地，在分流通道(34)与主通道(2)的交汇处，主通道宽度变大，例如宽度变为原来的1.5倍至5倍之间，例如1.5倍、2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍，以及上述任意两点之间的任意倍数值；进一步优选地，对所述交汇处的管壁进行修圆。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其中分流通道(34)的流阻与分流通道(34)和主通道(2)的两个交汇处之间区域的整体流阻满足比例关系使得目标颗粒继续流入主通道(2)，而不含有目标颗粒的液流流入分流通道(34)。

10.根据权利要求8或9所述的微流控芯片，其中第m个(m是大于等于1，小于等于汇聚分流单元总数的自然数，例如m＝1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)汇聚分流单元(3)的分流通道(34)的流阻确定方式如下：设所述第m个汇聚分流单元的分流通道(34)与主通道(2)的两个交汇处之间区域的整体流阻(或者叫做分流通道内部区域的整体流阻)为R1^m，每条分流通道(34)的流阻为R2^m，

其中k为分流通道(34)的液流占整体液流的比例。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的微流控芯片，其中所述微流控芯片还包括捕获单元(4)，用于捕获目标颗粒；优选地，所述捕获单元(4)位于汇聚分流单元(3)的下游，两端均与主通道(2)相连通，还优选地，所述捕获单元通过分支管道(41)与主通道(2)相连通。

12.根据权利要求11所述的微流控芯片，所述捕获单元(4)包括一层或者一层以上(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10层)阵列，优选地，所述阵列由任意形状(例如正方体、立方体、三棱柱、圆柱等，或者截面是正方形、矩形、三角形、圆形等形状)的小块(42)排列而成，相邻小块(42)之间存在间隙d，所述间隙d的大小被定义为两个相邻小块(42)表面上距离最近的两点之间的距离；还优选地，每层阵列中小块(42)之间的间隙d是相同的；进一步优选地，不同层阵列中的小块(42)之间的间隙d由上到下逐级递减，例如，当阵列层数为4层时，由上到下所述间隙d的大小依次为14μm、12μm、10μm和8μm。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的微流控芯片，其中入口(1)处还包括过滤结构(11)。

14.一种富集和/或捕获样品中目标颗粒的装置，其包括权利要求1至13中任一项所述的微流控芯片。

15.一种降低样品流量和/或流速的方法，其包括使用权利要求1至13中任一项所述的微流控芯片或权利要求14所述的装置。

16.一种目标颗粒物富集和/或捕获方法，其包括：

(1)提供包含目标颗粒的样品溶液；

(2)将所述样品溶液注入权利要求1至13中任一项所述的微流控芯片中或权利要求14所述的装置。

17.一种去除样品溶液中目标颗粒的方法，其包括：

(1)提供包含目标颗粒的样品溶液；

(2)将所述样品溶液注入权利要求1至13中任一项所述的微流控芯片或权利要求14所述的装置中；

(3)收集由所述微流控芯片的出口(5)流出的样品溶液；

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述样品溶液的注入速度为5至200mL/h、10至150mL/h、20至100mL/h、30至80mL/h，40至60mL/h，具体的，注入速度可以是10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200mL/h，以及上述任意两点之间的流速值。

19.根据权利要求1至13中任一项所述的芯片、权利要求14所述的装置、权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述样品源自全血、血浆、血清、灌流液、尿液、组织液、脑脊液、细胞培养液或细胞混合液，优选地，样品是全血或者灌流液。

20.根据权利要求1至13中任一项所述的芯片、权利要求14所述的装置、权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述目标颗粒物是肿瘤细胞，优选为循环肿瘤细胞(CTC)。