CN112831394A - 一种微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控芯片。该微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体包括：设于芯片本体两端的进样口和出样口，以及连通进样口和出样口的筛选通道；其中，所述筛选通道靠近进样口一端的通道高度大于靠近出样口一端的通道高度。本发明提供的微流体芯片可以高通量和高回收率富集外泌体；与使用离心的常规方法相比，本发明的方法对实验仪器的要求较低，消耗更少的时间并且具有高的富集效率。
Description
技术领域
本发明涉及医药技术领域。更具体地，涉及一种微流控芯片。
背景技术
液体活检作为体外诊断的一个分支，是近年来生物医学领域研究的热点之一。液体活检作为一种非侵入式工具，可以检测血液或体液中的循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA、循环RNA、外泌体等生物标志物来评估患者病情，是检测肿瘤、辅助治疗的新兴病理检测手段。外泌体是一种存在于细胞外的多囊泡体，可通过细胞内吞泡膜向内凹陷形成多泡内涵体，内涵体与细胞膜融合后释放其中的小囊泡。外泌体的直径为30-100nm，包含RNA、蛋白质、microRNA、DNA片段等多种成分，在血液、唾液、尿液、脑脊液和母乳等多种体液中均有分布。由肿瘤细胞释放出来的外泌体中包含的miRNA信息在肿瘤中形成和发展中扮演着重要的应用。
外泌体在肿瘤中的功能、肿瘤诊断和治疗等方面都具有很好的研究和市场前景。全球第一个基于外泌体RNA的诊断试剂ExoDx Lung(ALK)在2016年初由美国ExosomeDiagnostics公司推出，用于检测肺癌ALK融合基因转录本；随着外泌体相关检测技术的发展以及更多外泌体相关蛋白或核酸等标志物的鉴定，预计未来会有更多基于外泌体的临床应用。
以外泌体提取、富集和RNA、microRNA检测为基础，进一步优化现有的外泌体检测技术是外泌体技术的发展方向。在此基础上，进一步实现对外泌体中各种蛋白、脂类和生物小分子的检测，为癌症液体活检提供更为全面的生物学信息。此外，结合纳米技术，将外泌体开发成为新型的纳米药物递送或基因治疗载体。
本发明提供了一种微流控芯片，其利用空间结构富集血液中外泌体，用于对血液中的外泌体进行高效快速富集。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流控芯片；该微流控芯片基于其空间位阻结构可以从血液中富集外泌体，然后过滤细胞和细胞碎片等杂质，与传统的离心分离方法相比能够高效、快速地富集出质。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种微流控芯片，该微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体包括：
设于芯片本体两端的进样口和出样口，以及
连通进样口和出样口的筛选通道；其中，
所述筛选通道靠近进样口一端的通道高度大于靠近出样口一端的通道高度。
优选地，所述筛选通道靠近进样口一端的通道高度为5微米～10微米。
优选地，所述筛选通道靠近出样口一端的通道高度为1微米～2微米。
优选地，所述筛选通道的形状为多级台阶形状，更优选为两级台阶。
优选地，所述筛选通道包括靠近进样口一端的第一通道和靠近出样口一端的第二通道；所述第一通道和所述第二通道之间呈台阶状连接。
优选地，所述第一通道的顶面和所述第二通道的顶面呈台阶状。
优选地，所述第一通道的底面和所述第二通道的底面呈台阶状。
优选地，所述筛选通道还包括设于所述第一通道和所述第二通道之间的第三通道，所述第三通道为第一通道和第二通道之间的过渡通道。
优选地，所述微流控芯片通过梯度曝光方法、SU8曝光方法或PCB工艺制得。
优选地，所述芯片本体的材料包括聚二甲硅氧烷(即PDMS)。
此外，本发明中所述的通道高度指通道顶面与通道底面之间的距离。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的微流体芯片可以高通量和高回收率富集外泌体；与使用离心的常规方法相比，本发明的方法对实验仪器的要求较低，消耗更少的时间并且具有高的富集效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的微流控芯片的结构示意图之一；
图2示出本发明提供的微流控芯片的结构示意图之二；
图3示出本发明提供的微流控芯片的结构示意图之三；
图4示出本发明提供的微流控芯片用于富集血液中外泌体的流程图；
其中，1-进样口，2-出样口，3-筛选通道，31-第一通道，32-第二通道，33-第三通道。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
为高效、快速地富集血液中的外泌体，本发明提供了一种微流控芯片，具体地，结合图1～图3，该微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体包括：
设于芯片本体两端的进样口1和出样口2，以及
连通进样口1和出样口2的筛选通道3；其中，
所述筛选通道3靠近进样口一端的通道高度大于靠近出样口一端的通道高度。
在一实施例中，筛选通道3靠近进样口一端的通道高度为5微米～10微米，靠近出样口一端的通道高度为1微米～2微米；通过5微米～10微米高度的通道可以清除所有大于1-2微米的细胞碎片，具有高通量和高回收效率，从而在血液样本中留下大量的纳米颗粒；通过该通道梯度过滤后，可获得只含有纳米颗粒的血液。
图1示出根据本发明的一实施例的微流控芯片。具体地，图1中筛选通道3的形状为两级台阶形状，所述筛选通道3包括靠近进样口一端的第一通道31、靠近出样口一端的第二通道32、以及设于所述第一通道31和所述第二通道32之间的第三通道33，其中所述第一通道31和所述第二通道32之间通过作为过渡通道的第三通道33呈台阶状连接；在图1所示结构中，本发明具体示出的所述第一通道31的顶面和所述第二通道32的顶面呈台阶状，第三通道33的顶面具有倾斜角，可以理解的是，所述第一通道31的底面和所述第二通道32的底面也可呈台阶状，此时第三通道33的底面具有倾斜角，对此本发明并不加以限制；该微流控芯片可通过梯度曝光方法制得具有梯度高度变化的通道模板，而且精度可以高达0.6微米；该梯度曝光方法能够精确地在不同位置阻截不同大小的颗粒，但是这种方法制作模板成本较高，不适合大批量规模化生产，在实验室研究阶段，可以采用这种方法对于各种参数进行精确评估。
图2示出根据本发明的另一实施例的微流控芯片。具体地，图2中筛选通道3的形状为带有倾斜角的两级台阶形状，所述筛选通道3包括靠近进样口一端的第一通道31、靠近出样口一端的第二通道32；所述第一通道31和所述第二通道32之间呈台阶状连接；其中，所述第一通道31的顶面和所述第二通道32的顶面呈台阶状；该微流控芯片可通过常规SU8曝光，通过二次曝光，在同一块模板上实现不同高度通道制作；该SU8曝光方法不需要特殊曝光机，一般国产常用曝光机就能够实现。
图3示出根据本发明的另一实施例的微流控芯片。具体地，图3中筛选通道3的形状为两级直台阶形状，所述筛选通道3包括靠近进样口一端的第一通道31、靠近出样口一端的第二通道32；所述第一通道31和所述第二通道32之间呈台阶状连接；其中，所述第一通道31的底面和所述第二通道32的底面呈台阶状；该微流控芯片可通过实验室开发的PCB工艺，采用商品化的PCB板，实现不同高度通道制作；该方法制作工艺要求简单，成本低廉，能够大大降低芯片制作成本，十分有利于芯片产品量产。在图2和图3所示结构中，本发明所具体示出的所述第一通道31和所述第二通道32之间呈台阶状连接，可以理解的是，该台阶状可通过第一通道的顶面和第二通道的顶面形成，也可通过第一通道的底面和第二通道的底面形成，也可顶面和底面均形成台阶状，对此本发明并不加以限制。
此外，根据图1～图3中的实施例，芯片本体的材料可选择PDMS等，应当理解的是，这种材质是示例性的，可根据适用本发明的实施例来利用多种材料。
图4示出根据本发明的一实施例的使用微流控芯片进行富集血液中外泌体的过程。具体地，图4中，将含有外泌体的血液样本通过进样口1注入到微流控芯片中，经微流控芯片的筛选通道保留血液样本中的非外泌体，在微流控芯片的出样口2处收集含有外泌体的液体，其中含有外泌体的血液样本可以用缓冲液稀释。该微流控芯片可通过梯度过滤法进一步去除血样中的所有细胞碎片，并富集了外泌体，可以用于进一步分析评估疾病。
在一实施例中，当处理样本量超过30ml以上的时候，可以先采用传统的低速离心方法去除血液样本中的细胞(包括癌细胞、细胞团、白细胞、红细胞)，即将血液样本加入离心管，先在300g的转速下离心10分钟去除，吸取离心后的上清液加入新的离心管，再在2000g的转速下离心10分钟，得到去除了细胞的上清液；然后将该部分上清液注入本发明提供的微流控芯片的进样口，该微流控芯片的筛选通道为梯度形状，例如图1所示，其筛选通道靠近进样口的一端高度为10微米，筛选通道靠近出样口的一端高度为2微米；样品经过筛选通道过滤后，从微流控芯片出样口流出；从微流控芯片出样口收集富集产物，用于后续分析；通过该方法回收得到的颗粒大小为50-200nm，得到的外泌体回收率大于90％。
在另一实施例中，当处理样本量小于1ml的时候，可采用两种本发明提供的筛选通道的高度不同的微流控芯片，具体包括如下步骤：
首先使用第一微流控芯片去除活细胞，将血液样本注入第一微流控芯片的进样口，经过其筛选通道过滤去除掉细胞，再从其出样口收集去除掉细胞的样品；其中，所述第一微流控芯片的筛选通道靠近进样口的通道高度为15微米，筛选通道靠近出样口的通道高度为10微米；
然后将去除掉细胞的血液样品注入第二微流控芯片的进样口，第二微流控芯片的筛选通道为直台阶形状，例如图2或图3所示，第二微流控芯片的筛选通道靠近进样口的一端高度为10微米，筛选通道靠近出样口的一端高度为2微米；样品经过筛选通道过滤后，从微流控芯片出样口流出。从微流控芯片出样口收集富集产物，用于后续分析。通过该方法回收得到的颗粒大小为30-100nm，得到的外泌体回收率大于85％。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体包括：
设于芯片本体两端的进样口和出样口，以及连通进样口和出样口的筛选通道；其中，所述筛选通道靠近进样口一端的通道高度大于靠近出样口一端的通道高度。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述筛选通道靠近进样口一端的通道高度为5微米～10微米。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述筛选通道靠近出样口一端的通道高度为1微米～2微米。
4.根据权利要求1～3任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述筛选通道的形状为多级台阶形状。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述筛选通道包括靠近进样口一端的第一通道和靠近出样口一端的第二通道；所述第一通道和所述第二通道之间呈台阶状连接。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一通道的顶面和所述第二通道的顶面呈台阶状。
7.根据权利要求5或6所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一通道的底面和所述第二通道的底面呈台阶状。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述筛选通道还包括设于所述第一通道和所述第二通道之间作为过渡通道的第三通道。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体的材料包括聚二甲硅氧烷。
10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片通过梯度曝光方法、SU8曝光方法或PCB工艺制得。
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