CN112553043A - 用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
一种用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片，包括基板、第一图形层和设置在基板上的第二图形层，第一图形层和第二图形层设有微通道，第一图形层覆盖基板和第二图形层以封接微通道，微通道包括样本入口、缓冲液入口、分离通道、废液出口、连接通道、纯化通道和富集液出口，样本入口和缓冲液入口均连通分离通道的第一端，连接通道和废液出口均连通分离通道之与第一端相背的第二端，富集液出口连通纯化通道与连接通道相背的一端；细胞样本在分离通道被分离后通过连接通道进入纯化通道纯化，并从富集液出口排出。通过设置分离通道和纯化通道相结合的微通道结构，且对分离通道和纯化通道的结构进行设计，提高了分离效率和富集液中有核红细胞的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片。
背景技术
胎儿有核红细胞(fetal nucleated red blood cells,FNRBCs)是母体外周血中常见的胎儿细胞之一，具有特异性标志物、生命周期短等特点，目前被认为是无创产前诊断(Noninvasive prenatal test,NIPT)的最佳原材料。但是FNRBCs在母体外周血中的含量极低，在巨大的背景细胞的干扰下无法对微量有核红细胞进行检测，因此在检测前需对其进行分离和富集。针对FNRBCs的分离和富集目前已经发展出了微流控芯片技术、密度梯度离心、磁性激活细胞分选等方法，其中，微流控芯片技术因其微型化、可集成、低成本等特点受到广泛应用。
现有的微流控芯片基于NRBCs大小差异，采用弯曲圆形通道结构实现FNRBCs分离和富集。但这种结构的微流控芯片的目标细胞分离效率只有50％-60％，且得到的富集液中FNRBCs的纯度较低，不利于下游检测和分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片，能实现有核红细胞的快速高效的分选和纯化，且提高富集液中有核红细胞的纯度。
为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片，所述微流控芯片包括基板、第一图形层和第二图形层，所述第二图形层形成在所述基板上，所述第一图形层与所述基板键合并覆盖所述第二图形层，所述第一图形层和所述第二图形层设有微通道所述微通道包括样本入口、缓冲液入口、分离通道、废液出口、连接通道、纯化通道和富集液出口，所述样本入口和所述缓冲液入口间隔设置并均连通所述分离通道的第一端，所述连接通道包括第一连接部和第二连接部，所述废液出口和所述第一连接部间隔设置并均连通所述分离通道之与所述第一端相背的第二端，所述第二连接部连通所述纯化通道，所述富集液出口连通所述纯化通道；所述样本入口用于输入血液样本，所述缓冲液入口用于输入缓冲液，血液中的细胞在所述分离通道被分离，其中尺寸大于预设尺寸的细胞流入所述连接通道，尺寸小于所述预设尺寸的细胞从所述废液出口排出；经所述连接通道流入所述纯化通道的细胞在所述纯化通道被纯化，其中，白细胞被捕获，有核红细胞从所述富集液出口排出。
一种实施方式中，所述分离通道设置在所述第一图形层上，所述分离通道包括液流槽和设置在所述液流槽的多个微柱，多个所述微柱构成确定性侧向位移阵列，所述液流槽包括相对的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁均连接所述第一端和所述第二端，所述样本入口连通所述第一端之靠近所述第一侧壁的位置，所述连接通道连通所述第二端之靠近所述第二侧壁的位置。
一种实施方式中，多个所述微柱形成相互平行的多行，行方向与所述第二侧壁呈倾斜夹角，每行的多个所述微柱的延伸方向为所述样本入口朝向所述第一连接部的方向。
一种实施方式中，所述微柱的横截面呈三角形，相邻两个所述微柱的三角形之间的最短距离为30－50um，每个三角形的边长均为20－50um。
一种实施方式中，所述液流槽的深度为30－60um。
一种实施方式中，所述纯化通道设置在所述第二图形层上，所述纯化通道包括相对设置的第三端和第四端，所述第二连接部与所述第三端连通，所述富集液出口与所述第四端连通，所述纯化通道包括多条平行设置的锯齿状流道，每条所述锯齿状流道连通所述第三端和所述第四端。
一种实施方式中，所述第二图形层包括导磁部，所述导磁部设置在所述纯化通道的周围，以使所述纯化通道形成磁性阵列。
一种实施方式中，所述导磁部为掺杂导磁材料的聚乙二醇光刻而形成。
一种实施方式中，所述锯齿状流道的宽度为50－80um。
一种实施方式中，所述第二连接部包括一个出口和多个入口，一个所述出口与多个所述入口连通，细胞经所述连接通道从一个所述出口流出，并经多个所述入口流入所述纯化通道。
通过设置分离通道和纯化通道相结合的微通道结构，当细胞样本经分离通道分离时，通过对分离通道的结构进行设计提高了分离效率，当细胞样本经纯化通道进行纯化时，通过对纯化通道的结构进行设计，提高了富集液中有核红细胞的浓度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为一种实施例的微流控芯片的结构示意图；
图2为一种实施例的分离通道的结构示意图；
图3为一种实施例的纯化通道的结构示意图；
图4为图1沿A－A方向的剖视图。
具体实施方式
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，所描述的实施方式仅仅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做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。
请参考图1、图2和图4，本发明提供一种用于胎儿有核红细分离纯化的微流控芯片，该微流控芯片包括基板10、第一图形层11和第二图形层12，第二图形层12形成在基板10上，第一图形层11与基板10键合并覆盖第二图形层12，第一图形层11和第二图形层12设有微通道，微通道包括样本入口20、缓冲液入口30、分离通道40、废液出口50、连接通道60、纯化通道70和富集液出口80。
具体地，分离通道40为设置在第一图形层11上的凹槽结构，纯化通道70为设置在第二图形层12上的凹槽结构，第二图形层12设置在基板10上，通过将第一图形层11覆盖住基板10和第二图形层12，且覆盖时分离通道40的凹槽开口朝向基板10，纯化通道70的凹槽开口朝向第一图形层11，即实现了将分离通道40和纯化通道70的凹槽开口封闭。其中，分离通道40包括相背的第一端41和第二端42，样本入口20和缓冲液入口30为两个相互独立的开口，两个开口间隔设置并均连通分离通道40的第一端41，以向分离通道40分别输入不同液体。
连接通道60与分离通道40和纯化通道70均连通，既可以设置在第一图形层11上，也可以设置在第二图形层12上，其包括第一连接部61和第二连接部62，废液出口50和第一连接部61间隔设置并均连通分离通道40的第二端42，以使从分离通道40排出的液体分成两路，一路从废液出口50排出，一路从第一连接部61流入连接通道60。第二连接部62连通纯化通道70，富集液出口80设置于纯化通道70与第二连接部62相背的一端且连通纯化通道70。
样本入口20用于输入血液样本，缓冲液入口30用于输入缓冲液，血液中的细胞在分离通道40被分离，其中，分离通道40设有预设尺寸。预设尺寸的大小根据需要分离的细胞大小进行设定，尺寸大于预设尺寸的细胞流入连接通道60，尺寸小于预设尺寸的细胞从废液出口50排出，以达到细胞分选的目的。具体地，请参考图2，分离通道40包括第一子通道和第二子通道，进入分离通道40的细胞沿着不同路径移动，大于预设尺寸的细胞沿第一子通道流入连接通道60，尺寸小于预设尺寸的细胞沿第二子通道流向废液出口50。尺寸大于预设尺寸的细胞经连接通道60流入纯化通道70，在纯化通道70内，白细胞被捕获，有核红细胞从富集液出口80排出，最终实现纯化。
可以理解的是，本申请实施例提供的微流控芯片适用于胎儿有核红细胞的分离纯化，但不仅限于胎儿有核红细胞的分离和纯化，还可以是对人肿瘤细胞、人肝癌细胞等其他细胞样本的分离和纯化。
通过设置分离通道40和纯化通道70相结合的微通道结构，当细胞样本经分离通道40分离时，通过对分离通道40的结构进行设计提高了分离效率，当细胞样本经纯化通道70进行纯化时，通过对纯化通道70的结构进行设计，提高了富集液中有核红细胞的纯度。
一种实施方式中，请参考图1、图2和图4，分离通道40设置在第一图形层11上，分离通道40包括液流槽43和设置在液流槽43的多个微柱44，多个微柱44构成确定性侧向位移阵列(Deterministic lateral displacement，DLD)，DLD阵列可通过精确设计的微柱阵列实现细胞操纵。液流槽43包括相对的第一侧壁45和第二侧壁46，第一侧壁45和第二侧壁46均连接第一端41和第二端42，样本入口20连通第一端41之靠近第一侧壁45的位置，连接通道60通过第一连接部61连通第二端42之靠近第二侧壁46的位置。具体地，多个微柱44之间设有微柱间距，DLD阵列基于细胞与多个微柱44间的相互作用，血液样本从样本入口20进入液流槽43，其中，尺寸大于微柱间距的细胞与多个微柱44碰撞后发生侧向位移，向第一连接部61所在的一侧汇聚，而尺寸小于微柱间距的细胞在与多个微柱44碰撞后并不发生侧移，按照其原流向流过阵列，不同大小细胞的侧向偏移角度会不一样，因而基于DLD阵列实现了不同尺寸细胞的分离。通过在分离通道40中设置DLD阵列的微柱结构，具有分离过程简单、结构紧凑、重现性好等优点，且通过使样本入口20设置在第一端41之靠近第一侧壁45的一侧，第一连接部61设置在第二端42之靠近第二侧壁46的位置，可以延长细胞样本的分离路径，增加细胞样本流经微柱阵列的面积，以增加细胞样本的分离通量，提高分离效率。
一种实施方式中，请参考图2，多个微柱44形成相互平行的多行，行方向与第二侧壁46呈倾斜夹角α，每行的多个微柱44的延伸方向为样本入口20朝向第一连接部61的方向，以实现使大于预设尺寸的有核红细胞沿第一子通道流向连接通道60的目的。其中，夹角α即为微柱阵列的偏移角度，可以理解的是，在分离通道40的长度一定的条件下，夹角α越小，第一子通道的宽度越窄，适用于分离尺寸较小的细胞样本；夹角α越大，第一子通道的宽度越宽，适用于分离尺寸较大的细胞样本。通过使多个微柱44的行方向与第一侧壁45呈倾斜设置，调整倾斜夹角α的大小即可对不同尺寸的细胞进行分离。此外，通过使每行的多个微柱44由样本入口20向第一连接部61延伸排列，样本入口20和第一连接部61呈对角设置，有助于使目标细胞集中流入连接通道60，实现快速高效分离。
一种实施方式中，请参考图2，微柱44的横截面呈三角形，相邻两个微柱44的三角形之间的最短距离为30－50um，每个三角形的边长均为20－50um。通过采用三角形微柱阵列，可以使细胞样本高速通过，提高了分离通道40的细胞样本处理通量，且对三角形微柱44的结构进行设计，使其满足上述范围，实现了对有核红细胞的高速分离。
一种实施方式中，请参考图2，液流槽43的深度为30－60um。通过使液流槽43的深度满足上述范围，以将液流槽43的深宽比最优化，既能使提高分离通道40的细胞样本处理通量，实现高效分离，同时使分离后的细胞液中目标尺寸的有核红细胞的纯度更高，使微流控芯片具有更好的分选效果。
一种实施方式中，请参考图1、图3和图4，纯化通道70设置在第二图形层12上，纯化通道70包括相对设置的第三端71和第四端72，第二连接部62与第三端71连通，富集液出口80与第四端72连通，纯化通道70包括多条平行设置的锯齿状流道73，每条锯齿状流道73连通第三端71和第四端72。具体地，第二连接部62为两端开口的结构，以将连接通道60与纯化通道70连通。连接通道60中的细胞样本穿过第二连接部62从第三端71流入纯化通道70的多条锯齿状流道73中。进一步地，锯齿状流道73将细胞样本中的白细胞捕获，被捕获的白细胞吸附于锯齿状流道73的侧壁上，有核红细胞则从第四端72流出并通过富集液出口80排出纯化通道70，以进行下游的分析检测。通过在纯化通道70内设置锯齿状流道73，锯齿状侧壁结构增加了白细胞与锯齿状流道73的接触面积，为白细胞提供了更大的吸附空间，针对单位通量内的细胞样本，白细胞的被捕获效率更高，从而提升了微流控芯片的纯化效果。
一种实施方式中，请参考图1和图4，基板10包括导磁部，导磁部设置在纯化通道70的周围，以使纯化通道70形成磁性阵列。具体地，导磁部可以为为Ni带、Fe－Ni合金微条带或聚二甲基硅氧烷(PDMS)和磁性纳米材料的混合物质等，其具有不同的磁场强度梯度，当细胞样本在纯化通道70内流动时，不同的磁场强度梯度使不同的细胞产生不同的角度偏转，从而实现不同细胞分离的目的。本实施例中，白细胞被导磁部捕获而滞留在纯化通道70内，有核红细胞则通过富集液出口80排出，以对其进行收集便于后续检测和分析。采用磁性阵列结构利用磁场诱导细胞分离的方法具有简单、低成本的特点，相较于电学分离、光学分离等不会产生流体加热的问题，且细胞分离纯度可达到90％以上，富集液倍数可达5000倍以上，实现了高效分离和纯化的效果。
一种实施方式中，请参考图1和图4，导磁部为掺杂导磁材料的聚乙二醇涂覆于基板10上光刻而形成，其中，聚乙二醇又称PEG胶。微流控芯片的材料主要有硅、玻璃、石英以及高聚物等，由于硅材料具有良好的化学惰性和热稳定性，且其和聚合物之间的粘附系数小，因此本实施例的基板10选用硅材料来制作纯化通道70，其他实施例中，也可根据需要选用玻璃、高聚物等材料。具体地，首先在基板10上涂覆混合了镍粉的PEG胶，以形成第二图形层12，然后将其烘干并用紫外光刻机进行光刻，通过光刻可以使基板10上的图案交联固化。进一步地，光刻之后进行显影，显影可采用浸泡、喷涂等任意方法，通过显影液的刻蚀，以使暴露部分的图案被腐蚀而形成凹槽，即纯化通道70，且纯化通道70具有磁性。通过采用将PEG胶与镍粉混合之后制作导磁部，既利用了PEG胶的光学性能，实现了通过光刻和显影工艺在基板10上制作出对应微通道的目的，同时又使纯化通道70具备了磁性，无需将光刻微通道与充磁分开制作，简化了制造工艺。
一种实施方式中，请参考图3，锯齿状流道73的宽度为50－80um。当锯齿状流道73的宽度小于50um时，容易使尺寸较大的有核红细胞堵塞锯齿状流道73，当锯齿状流道73的宽度大于80um时，锯齿状流道73的宽度比有核红细胞的尺寸大太多，给白细胞提供了更大的流动空间，减少了白细胞与锯齿状流道73内壁接触的几率，从而降低纯化通道70对白细胞的捕获率。因此，满足上述范围，可以提高微流控芯片的纯化效果，提高富集液中有核红细胞的纯度。
一种实施方式中，请参考图1和图3，第二连接部62包括一个出口621和多个入口622，一个出口621与多个入口622连通，细胞经连接通道60从出口621流出，并经多个入口622流入纯化通道70。具体地，出口621与多个入口622之间采用总分式树状结构，出口621的一端与连接通道60连通，另一端与多个入口622连通，多个入口622将从出口621流出的一条细胞流均匀分散成多条细胞流后进入纯化通道70进行纯化，可以充分利用纯化通道70中的磁性锯齿状微柱阵列，既能增加细胞通量，以提高纯化效率，同时增加了细胞与磁性锯齿状微柱阵列的接触概率，增强了纯化效果。
可以理解的是，树状结构的层次及分枝数可根据需要自由设置。
一种实施例中，请参考图1，缓冲液入口30与分离通道40之间采用总分式树状结构连通，以使缓冲液与细胞样本充分混合后再流入分离通道40，以增强稀释效果。
一种实施例中，请参考图1，富集液出口80与纯化通道70之间采用分总式结构连通，富集液从多条锯齿状流道73流出，经分总式结构汇集成一条细胞流，最终从富集液出口80流出纯化通道70。通过采用分总式结构连通纯化通道70和富集液出口80，相比于直接使用一个出口连通的结构，可以对富集液进行缓冲，以控制富集液的流速，避免压力过大损伤有核红细胞，降低细胞活性。
可以理解的是，样本入口20、缓冲液入口30和富集液出口80的开口位置不限，可以设置于第一图形层11上，也可以设置于第二图形层12上，只要能使细胞样本进入分离通道40和纯化通道70进行分离纯化，且最终能对有核红细胞进行采样检测即可。
以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种用于胎儿有核红细胞分离纯化的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括基板、第一图形层和第二图形层，所述第二图形层形成在所述基板上，所述第一图形层与所述基板键合并覆盖所述第二图形层，所述第一图形层和所述第二图形层设有微通道，所述微通道包括样本入口、缓冲液入口、分离通道、废液出口、连接通道、纯化通道和富集液出口，所述样本入口和所述缓冲液入口间隔设置并均连通所述分离通道的第一端，所述连接通道包括第一连接部和第二连接部，所述废液出口和所述第一连接部间隔设置并均连通所述分离通道之与所述第一端相背的第二端，所述第二连接部连通所述纯化通道，所述富集液出口连通所述纯化通道；所述样本入口用于输入血液样本，所述缓冲液入口用于输入缓冲液，血液中的细胞在所述分离通道被分离，其中尺寸大于预设尺寸的细胞流入所述连接通道，尺寸小于所述预设尺寸的细胞从所述废液出口排出；经所述连接通道流入所述纯化通道的细胞在所述纯化通道被纯化，有核红细胞从所述富集液出口排出。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离通道设置在所述第一图形层上，所述分离通道包括液流槽和设置在所述液流槽的多个微柱，多个所述微柱构成确定性侧向位移阵列，所述液流槽包括相对的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁均连接所述第一端和所述第二端，所述样本入口连通所述第一端之靠近所述第一侧壁的位置，所述连接通道连通所述第二端之靠近所述第二侧壁的位置。
3.如权利要求2所述微流控芯片，其特征在于，多个所述微柱形成相互平行的多行，行方向与所述第二侧壁呈倾斜夹角，每行的多个所述微柱的延伸方向为所述样本入口朝向所述第一连接部的方向。
4.如权利要求2所述微流控芯片，其特征在于，所述微柱的横截面呈三角形，相邻两个所述微柱的三角形之间的最短距离为30－50um，每个三角形的边长均为20－50um。
5.如权利要求2所述微流控芯片，其特征在于，所述液流槽的深度为30－60um。
6.如权利要求1至5任一项所述微流控芯片，其特征在于，所述纯化通道设置在所述第二图形层上，所述纯化通道包括相对设置的第三端和第四端，所述第二连接部与所述第三端连通，所述富集液出口与所述第四端连通，所述纯化通道包括多条平行设置的锯齿状流道，每条所述锯齿状流道连通所述第三端和所述第四端。
7.如权利要求6所述微流控芯片，其特征在于，所述第二图形层包括导磁部，所述导磁部设置在所述纯化通道的周围，以使所述纯化通道形成磁性阵列。
8.如权利要求7所述微流控芯片，其特征在于，所述导磁部为掺杂导磁材料的聚乙二醇光刻而形成。
9.如权利要求6所述微流控芯片，其特征在于，所述锯齿状流道的宽度为50－80um。
10.如权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述第二连接部包括一个出口和多个入口，一个所述出口与多个所述入口连通，细胞经所述连接通道从一个所述出口流出，并经多个所述入口流入所述纯化通道。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115337967A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-15 | 南方科技大学 | 分离芯片 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1019195A1 (en) * | 1997-10-10 | 2000-07-19 | Novartis AG | High gradient magnetic device and method for cell separation or purification |
| US20070059716A1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-15 | Ulysses Balis | Methods for detecting fetal abnormality |
| US20100059414A1 (en) * | 2008-07-24 | 2010-03-11 | The Trustees Of Princeton University | Bump array device having asymmetric gaps for segregation of particles |
| CN103834558A (zh) * | 2012-11-21 | 2014-06-04 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 血液细胞快速分选装置及其制造方法 |
| CN107603850A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-01-19 | 深圳先进技术研究院 | 用于细胞分选的微流控装置及其制备方法 |
-
2020
- 2020-12-09 CN CN202011431553.4A patent/CN112553043A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1019195A1 (en) * | 1997-10-10 | 2000-07-19 | Novartis AG | High gradient magnetic device and method for cell separation or purification |
| US20070059716A1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-15 | Ulysses Balis | Methods for detecting fetal abnormality |
| US20100059414A1 (en) * | 2008-07-24 | 2010-03-11 | The Trustees Of Princeton University | Bump array device having asymmetric gaps for segregation of particles |
| CN103834558A (zh) * | 2012-11-21 | 2014-06-04 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 血液细胞快速分选装置及其制造方法 |
| CN107603850A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-01-19 | 深圳先进技术研究院 | 用于细胞分选的微流控装置及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 金少鸿: "《药物分析学》", 29 February 2020, 北京：中国协和医科大学出版社 * |
| 高松等: "孕妇外周血中胎儿有核红细胞的分离和富集", 《中国生育健康杂志》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115337967A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-11-15 | 南方科技大学 | 分离芯片 |
| CN115337967B (zh) * | 2022-07-08 | 2024-04-02 | 南方科技大学 | 分离芯片 |
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