CN112557261B - 一种基于c形微柱的红细胞分离检测装置及分离检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置及分离检测方法，属于细胞分选技术领域。本发明装置包括分离芯片主体、入口、刺破针尖、微流体通道、检测传感器组、输出通道Ⅰ、输出通道Ⅱ、出口Ⅰ和出口Ⅱ，刺破针尖竖直设置在分离芯片主体前端的上表面，分离芯片主体内沿分离芯片主体长度方向开设有微流体通道，微流体通道的起始端位于刺破针尖的正下方，检测传感器组设置在分离芯片主体末端的上表面，输出通道Ⅰ、输出通道Ⅱ分别与微流体通道的末端连通，输出通道Ⅰ、输出通道Ⅱ与微流体通道形成Y型结构，微流体通道内设置有周期性排列的C形微柱阵列。本发明可实现正常红细胞与病变红细胞的高效分离，装置结构简单且安全可靠。

Description

一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置及分离检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置及分离检测方法，属于细胞分选技术领域。
背景技术
红细胞是血液中最关键的组成成分，其在微循环中的行为强烈影响血流和氧气向组织的运输，由于正常红细胞为双凹圆盘、无核和高度柔性的膜的特性而具有极易发生变形的性能。红细胞的变形程度可用于辅助分析糖尿病等疾病。
发明内容
本发明针对血液中非正常红细胞即病变红细胞的分离和检测存在的问题，提出一种基于C形微柱确定性横向位移的红细胞分离检测装置及分离检测方法，本发明利用C形微柱诱导正常红细胞连续旋转使其产生不稳定流线，而病变红细胞形态、硬度发生改变走正常流线路径，从而实现正常红细胞与病变红细胞的高效分离及对糖尿病等疾病的快速检测。
一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置，包括分离芯片主体1、微流体通道2、入口3、检测传感器组、输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6、出口Ⅰ5和出口Ⅱ7，入口3设置在分离芯片主体1前端，分离芯片主体1内沿分离芯片主体1长度方向开设有微流体通道2，微流体通道2的起始端位于入口3的正下方并与入口3连通，检测传感器组设置在分离芯片主体1末端的上表面，输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6分别与微流体通道2的末端连通，输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6与微流体通道2形成Y型结构，微流体通道2内设置有周期性排列的C形微柱阵列8；
所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置还包括刺破针尖9、刺破针尖9竖直设置在分离芯片主体1前端的上表面，入口3与刺破针尖9的底部连通；
所述检测传感器组包括检测传感器Ⅰ10和检测传感器Ⅱ11，检测传感器Ⅰ10设置在分离芯片主体1的上表面且位于输出通道Ⅰ4正上方，检测传感器Ⅰ10与输出通道Ⅰ4垂直；检测传感器Ⅱ11设置在分离芯片主体1的上表面且位于输出通道Ⅱ6正上方，检测传感器Ⅱ11与输出通道Ⅱ6垂直；
所述C形微柱阵列8垂直于微流体通道2的底面，C形微柱阵列8的C型开口与输出通道Ⅰ4同侧；
进一步的，所述C形微柱阵列8包括若干排平行的C形微柱，每排设置有若干个C形微柱，每个C形微柱的大小相同，C形微柱的长度为15～17μm，C形微柱的宽度为15～17μm，C形微柱的C型槽径为10～12μm，同一排C形微柱的间距为10～12μm，相邻两排C形微柱的行移位为7～8μm；
所述分离芯片主体1的长度为30～40mm，宽度为10～15mm，高度为2～5mm；
所述微流体通道2的长度为25～35mm，宽度为2～5mm，高度为40～50μm；
所述输出通道Ⅰ4的长度为4～6mm，宽度为2～3mm；输出通道Ⅱ6的长度为4～6mm，宽度为2～3mm，输出通道Ⅰ4和输出通道Ⅱ6的夹角为45°～60°；
所述检测传感器组为光电传感器组；分别用于检测输出通道Ⅰ4和输出通道Ⅱ6中是否有红细胞通过及通过红细胞的流量；
所述分离芯片主体1为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，C形微柱阵列8为硅晶片；
所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置的分离检测方法，包括以下具体步骤：
(1)血液由入口渗透进入分离芯片主体的微流体通道内；
(2)血液中正常红细胞撞击C形微柱的突起使正常红细胞变形和旋转以适应C形微柱的C型槽，C型槽使正常红细胞沿C形微柱的C型槽壁面做翻滚或滑动运动，沿C形微柱阵列梯度，正常红细胞产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，并经输出通道Ⅰ由出口Ⅰ排出；
(3)血液中非正常红细胞的形态和硬度变化，非正常红细胞撞击C形微柱的突起时无变形，C型槽使非正常红细胞沿C形微柱阵列梯度走稳定流线路径，非正常红细胞不产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，非正常红细胞经输出通道Ⅱ由出口Ⅱ排出；
(4)检测传感器组分别检测血液中正常红细胞和非正常红细胞的存在性及流量，通过检测传感器组的检测数据分析血液中红细胞情况。
本发明的有益效果：
(1)本发明装置利用C形微柱诱导正常红细胞连续旋转使其产生不稳定流线，而病变红细胞形态、硬度发生改变走正常流线路径，实现正常红细胞与病变红细胞的高效分离；
(2)本发明装置通过检测传感器对血液中正常、病变红细胞流量进行分析，可用于辅助糖尿病的前期筛查；
(3)本发明装置结构简单，检测时间短，分离效率高，经济实用，无需外部系统作为辅助；
(4)发明装置灵活可控、不产生热量，保证红细胞活性，为红细胞的进一步研究提供保障。
附图说明
图1为实施例1红细胞分离检测装置结构示意图；
图2为实施例1红细胞分离检测装置剖视示意图；
图3为实施例2红细胞分离检测装置结构示意图；
图4为实施例2红细胞分离检测装置剖视示意图；
图5为红细胞分离检测装置检测传感器Ⅰ、检测传感器Ⅱ位置示意图；
图6为红细胞分离检测装置C形微柱阵列尺寸参数示意图；
图7为红细胞分离检测装置正常红细胞分离路径示意图；
图8为红细胞分离检测装置正常红细胞分离形式示意图；
图9为红细胞分离检测装置病变红细胞局部流场示意图；
图中：1-分离芯片、2-微流体通道、3-入口、4-输出通道Ⅰ、5-出口Ⅰ、6-输出通道Ⅱ、7-出口Ⅱ、8-C形微柱阵列、9-刺破针尖、10-检测传感器Ⅰ、11-检测传感器Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-2所示，一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置，包括分离芯片主体1、微流体通道2、入口3、检测传感器组、输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6、出口Ⅰ5和出口Ⅱ7，入口3设置在分离芯片主体1前端，分离芯片主体1内沿分离芯片主体1长度方向开设有微流体通道2，微流体通道2的起始端位于入口3的正下方并与入口3连通，检测传感器组设置在分离芯片主体1末端的上表面，输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6分别与微流体通道2的末端连通，输出通道Ⅰ4、输出通道Ⅱ6与微流体通道2形成Y型结构，微流体通道2内设置有周期性排列的C形微柱阵列8；
C形微柱阵列8垂直于微流体通道2的底面，C形微柱阵列8的C型开口与输出通道Ⅰ4同侧；
检测传感器组为光电传感器组；分别用于检测输出通道Ⅰ4和输出通道Ⅱ6中是否有红细胞通过及通过红细胞的流量；分离芯片主体1为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，C形微柱阵列8为硅晶片；
基于C形微柱的红细胞分离检测装置的分离检测方法(见图7-9)，包括以下具体步骤：
(1)通过注射器将血液样品从入口注入分离芯片内，在血压的泵送作用下渗透进入微流体通道内；
(2)血液中正常红细胞撞击C形微柱的突起使正常红细胞变形和旋转以适应C形微柱的C型槽，C型槽使正常红细胞沿C形微柱的C型槽壁面做翻滚或滑动运动，沿C形微柱阵列梯度，正常红细胞产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，并经输出通道Ⅰ由出口Ⅰ排出；
(3)血液中非正常红细胞的形态和硬度变化，非正常红细胞撞击C形微柱的突起时无变形，C型槽使非正常红细胞沿沿C形微柱阵列的梯度走稳定流线路径，非正常红细胞不产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，非正常红细胞经输出通道Ⅱ由出口Ⅱ排出；
(4)检测传感器组分别检测血液中正常红细胞和非正常红细胞的存在性及流量，通过检测传感器组的检测数据分析血液中红细胞情况。
实施例2：本实施例基于C形微柱的红细胞分离检测装置与实施例1的基于C形微柱的红细胞分离检测装置基本相同，不同之处在于：基于C形微柱的红细胞分离检测装置还包括刺破针尖9、刺破针尖9竖直设置在分离芯片主体1前端的上表面，入口3与刺破针尖9的底部连通(见图3和图4)；
通过分离芯片主体前端上表面的刺破针尖刺破皮肤，人体血液在血压的泵送作用下由入口渗透进入分离芯片主体的微流体通道内。
实施例3：本实施例基于C形微柱的红细胞分离检测装置与实施例2的基于C形微柱的红细胞分离检测装置基本相同，不同之处在于：检测传感器组包括检测传感器Ⅰ10和检测传感器Ⅱ11，检测传感器Ⅰ10设置在分离芯片主体1的上表面且位于输出通道Ⅰ4正上方，检测传感器Ⅰ10与输出通道Ⅰ4垂直；检测传感器Ⅱ11设置在分离芯片主体1的上表面且位于输出通道Ⅱ6正上方，检测传感器Ⅱ11与输出通道Ⅱ6垂直(见图5)；检测传感器Ⅱ11检测输出通道Ⅰ4中正常红细胞的存在性和流量，检测传感器Ⅱ11检测输出通道Ⅱ6中非正常红细胞(病变红细胞)的存在性和流量。
实施例4：本实施例基于C形微柱的红细胞分离检测装置与实施例3的基于C形微柱的红细胞分离检测装置基本相同，不同之处在于：C形微柱阵列8包括若干排平行的C形微柱，每排设置有若干个C形微柱，每个C形微柱的大小相同，C形微柱的长度为15～17μm，C形微柱的宽度为15～17μm，C形微柱的C型槽径为10～12μm，同一排C形微柱的间距为10～12μm，相邻两排C形微柱的行移位为7～8μm；
分离芯片主体1的长度为30～40mm，宽度为10～15mm，高度为2～5mm；
微流体通道2的长度为25～35mm，宽度为2～5mm，高度为40～50μm；
输出通道Ⅰ4的长度为4～6mm，宽度为2～3mm；输出通道Ⅱ6的长度为4～6mm，宽度为2～3mm，输出通道Ⅰ4和输出通道Ⅱ6的夹角为45°～60°。
实施例5：本实施例基于C形微柱的红细胞分离检测装置与实施例4的基于C形微柱的红细胞分离检测装置基本相同，不同之处在于：C形微柱的长度为15μm，C形微柱的宽度为15μm，C形微柱的C型槽径为10μm，同一排C形微柱的间距为10μm，相邻两排C形微柱的行移位为7μm(见图6)；微流体通道的形状为直角梯形，微流体通道靠近输出通道Ⅱ一侧的腰为直角边，微流体通道靠近输出通道Ⅰ一侧的腰与轴向的夹角为7°，进一步保证细胞完全分离。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：包括分离芯片主体（1）、微流体通道（2）、入口（3）、检测传感器组、输出通道Ⅰ（4）、输出通道Ⅱ（6）、出口Ⅰ（5）和出口Ⅱ（7），入口（3）设置在分离芯片主体（1）前端，分离芯片主体（1）内沿分离芯片主体（1）长度方向开设有微流体通道（2），微流体通道（2）的起始端位于入口（3）的正下方并与入口（3）连通，检测传感器组设置在分离芯片主体（1）末端的上表面，输出通道Ⅰ（4）、输出通道Ⅱ（6）分别与微流体通道（2）的末端连通，输出通道Ⅰ（4）、输出通道Ⅱ（6）与微流体通道（2）形成Y型结构，微流体通道（2）内设置有周期性排列的C形微柱阵列（8）；
C形微柱阵列（8）垂直于微流体通道（2）的底面，C形微柱阵列（8）的C型开口与输出通道Ⅰ（4）同侧；
C形微柱阵列（8）包括若干排平行的C形微柱，每排设置有若干个C形微柱，每个C形微柱的大小相同，C形微柱的长度为15~17μm，C形微柱的宽度为15~17μm，C形微柱的C型槽径为10~12μm，同一排C形微柱的间距为10~12μm，相邻两排C形微柱的行移位为7~8μm；
血液中正常红细胞撞击C形微柱的突起使正常红细胞变形和旋转以适应C形微柱的C型槽，C型槽使正常红细胞沿C形微柱的C型槽壁面做翻滚或滑动运动，沿C形微柱阵列梯度，正常红细胞产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，并经输出通道Ⅰ由出口Ⅰ排出；
血液中非正常红细胞的形态和硬度变化，非正常红细胞撞击C形微柱的突起时无变形，C型槽使非正常红细胞沿C形微柱阵列梯度走稳定流线路径，非正常红细胞不产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，非正常红细胞经输出通道Ⅱ由出口Ⅱ排出。
2.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：还包括刺破针尖（9）、刺破针尖（9）竖直设置在分离芯片主体（1）前端的上表面，入口（3）与刺破针尖（9）的底部连通。
3.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：检测传感器组包括检测传感器Ⅰ（10）和检测传感器Ⅱ（11），检测传感器Ⅰ（10）设置在分离芯片主体（1）的上表面且位于输出通道Ⅰ（4）正上方，检测传感器Ⅰ（10）与输出通道Ⅰ（4）垂直；检测传感器Ⅱ（11）设置在分离芯片主体（1）的上表面且位于输出通道Ⅱ（6）正上方，检测传感器Ⅱ（11）与输出通道Ⅱ（6）垂直。
4.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：分离芯片主体（1）的长度为30~40mm，宽度为10~15mm，高度为2~5mm。
5.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：微流体通道（2）的长度为25~35mm，宽度为2~5mm，高度为40~50μm。
6.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：输出通道Ⅰ（4）的长度为4~6mm，宽度为2~3mm；输出通道Ⅱ（6）的长度为4~6mm，宽度为2~3mm，输出通道Ⅰ（4）和输出通道Ⅱ（6）的夹角为45°~ 60°。
7.根据权利要求1所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置，其特征在于：检测传感器组为光电传感器组。
8.基于权利要求1~7任一项所述基于C形微柱的红细胞分离检测装置的分离检测方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）血液由入口渗透进入分离芯片主体的微流体通道内；
（2）血液中正常红细胞撞击C形微柱的突起使正常红细胞变形和旋转以适应C形微柱的C型槽，C型槽使正常红细胞沿C形微柱的C型槽壁面做翻滚或滑动运动，沿C形微柱阵列梯度，正常红细胞产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，并经输出通道Ⅰ由出口Ⅰ排出；
（3）血液中非正常红细胞的形态和硬度变化，非正常红细胞撞击C形微柱的突起时无变形，C型槽使非正常红细胞沿C形微柱阵列梯度走稳定流线路径，非正常红细胞不产生从原始层流路径到微流体通道末端路径的偏移位移，非正常红细胞经输出通道Ⅱ由出口Ⅱ排出；
（4）检测传感器组分别检测血液中正常红细胞和非正常红细胞的存在性及流量，通过检测传感器组的检测数据分析血液中红细胞情况。
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