CN113713869A - 一种微流控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及细胞分析技术领域，具体公开了一种微流控装置，其中，包括：基板，基板上设置微流控结构和微筛结构，微流控结构位于基板上，微筛结构的一端与微流控结构背离基板的表面接触，微筛结构的另一端通过设置在基板上的支撑结构固定，支撑结构、基板、微流控结构以及微筛结构共同围成容纳腔，支撑结构上设置样品入口，微筛结构上设置微筛孔阵列，基板上设有光电镊子；待分析样品经过样品入口进入容纳腔，微筛孔能够将待分析样品中除去CTC细胞外的其他成分排出容纳腔，光电镊子能够捕获待分析样品中的CTC细胞，并能够将CTC细胞运输至微流控结构中。本发明提供的微流控装置可以有效的实现对CTC细胞的捕获、分类和运输，同时能够保持CTC细胞的活性。

Description

一种微流控装置
技术领域
本发明涉及细胞分析技术领域，尤其涉及一种微流控装置。
背景技术
针对生物学机制的靶向药物治疗逐渐成为癌症治疗的新兴趋势，这些机制控制着肿瘤的生长。由于不同肿瘤患者甚至同类肿瘤的不同患者的肿瘤形成机制各不相同，在开始治疗前需要一些方法去识别肿瘤的潜在生物学机制，有时还需要利用这些方法来监测转移性癌症患者对靶向药物的反应。由于某些肿瘤难以获取，因此对肿瘤组织进行活检会对病人造成危险。 而且，由于必须对肿瘤组织进行频繁检测，使得活检的办法更加不可取。一种比较有吸引力的替代方法是液体活检，在该方法中，先对被肿瘤释放到血液中循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cell ，简称CTC）进行分离，然后根据其生物学特性进行表征。尽管该方法具有巨大的诊断和治疗潜力，并且完全消除了直接活检肿瘤的危险，但仍然面临着严峻的挑战。例如，血液中的CTC浓度仅为5-10个每毫升，而1毫升血液中的白细胞和红细胞数分别为百万和十亿量级，这就使得识别CTC非常困难。而且，分离和运输这些细胞以进一步分析同样具有挑战性。
当前，有许多研究人员正致力于开发有效的CTC选择和分离方法。其中的一部分工作是开发标记和染色方法以识别和分离CTC。这种方法面临的挑战是在分离后如何保持细胞活力以进行下一步分析。此外，还有人研究了基于电学和力学的技术的非标记微流体选择方法。尽管一些非标记的选择方法展示出令人鼓舞的结果，但临床的有效性还有待证明。最近，一种使用微筛过滤器捕获细胞并进行染色以识别肿瘤细胞的方法被开发出来。摆在这一方法面前的挑战是要能够在微筛上选择出单个肿瘤细胞，并将它们移动至特定位置以进一步分析，其中关键的是在运输的过程中必须保持CTC的活性。综上，当前用于分析CTC的方法面临着诸多挑战，能够整合CTC分析所有步骤（选择、分离、运输和分子分析）的方法还有进一步发展的空间。
发明内容
本发明提供了一种微流控装置，解决相关技术中存在的CTC的分离运输中无法保持其活性的问题。
作为本发明的一个方面，提供一种微流控装置，其中，包括：基板，所述基板上设置微流控结构和微筛结构，所述微流控结构位于所述基板上，所述微筛结构的一端与所述微流控结构背离所述基板的表面接触，所述微筛结构的另一端通过设置在所述基板上的支撑结构固定，所述支撑结构、基板、微流控结构以及所述微筛结构共同围成容纳腔，所述支撑结构上设置样品入口，所述微筛结构上设置微筛孔阵列，所述基板上设有光电镊子；
待分析样品经过所述样品入口进入所述容纳腔，所述微筛孔能够将所述待分析样品中除去CTC细胞外的其他成分排出所述容纳腔，所述光电镊子能够捕获所述待分析样品中的CTC细胞，并能够将所述待分析样品中的CTC细胞运输至所述微流控结构中，所述微流控结构能够形成运输通道，并对所述待分析样品的CTC细胞进行处理和分析。
进一步地，所述微筛结构包括：衬底、依次设置在衬底上的氧化铟锡薄膜以及非晶硅薄膜，所述非晶硅薄膜背离所述氧化铟锡薄膜的表面分别与所述支撑结构和所述微流控结构接触，所述微筛孔阵列贯穿所述衬底、氧化铟锡薄膜以及非晶硅薄膜设置。
进一步地，所述微流控结构包括：支撑主体结构，所述支撑主体结构上形成有朝向所述容纳腔开口的运输通道。
进一步地，所述支撑主体结构上设置开关结构，所述开关结构能够控制所述运输通道的开口打开或关闭。
进一步地，所述开关结构包括压力控制膜阀。
进一步地，位于所述光电镊子中的物镜能够将光斑聚焦在所述光电镊子朝向所述微筛结构的表面，以使得所述光电镊子捕获所述待分析样品中的CTC细胞，并将捕获的所述待分析样品的CTC细胞输送至运输通道的入口处。
进一步地，所述基板背离所述微流控结构以及微筛结构的表面设置平移台，所述平移台能够带动所述基板以及基板上的微流控结构和微筛结构移动。
进一步地，所述平移台包括XYZ平移台。
本发明提供的微流控装置，通过设置微筛结构，以及设置光电镊子，能够将进入容纳腔里的待分析样品中的CTC细胞进行捕获，同时将除去CTC细胞外的其他成分通过微筛孔排出，光电镊子能够将捕获后的CTC细胞运输到微流控结构中进行处理和分析，该微流控装置中的容纳腔为封闭空间，可以有效的实现对CTC细胞的捕获、分类和运输，同时能够保持CTC细胞的活性，另外，本发明实施例提供的微流控装置还具有成本低的优势。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的微流控装置的剖视图。
图2为本发明提供的微流控装置的整体结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种微流控装置，图1是根据本发明实施例提供的微流控装置的剖视图，如图1所示，包括：基板100，所述基板100上设置微流控结构200和微筛结构300，所述微流控结构200位于所述基板100上，所述微筛结构300的一端与所述微流控结构200背离所述基板100的表面接触，所述微筛结构300的另一端通过设置在所述基板100上的支撑结构400固定，所述支撑结构400、基板100、微流控结构200以及所述微筛结构300共同围成容纳腔500，所述支撑结构400上设置样品入口410，所述微筛结构300上设置微筛孔阵列310，所述基板100上设有光电镊子110；
待分析样品经过所述样品入口410进入所述容纳腔500，所述微筛孔310能够将所述待分析样品中除去CTC细胞外的其他成分排出所述容纳腔，所述光电镊子能够捕获所述待分析样品中的CTC细胞600，并能够将所述待分析样品中的CTC细胞600运输至所述微流控结构200中，所述微流控结构200能够形成运输通道210，对所述待分析样品的CTC细胞600进行处理和分析。
本发明实施例提供的微流控装置，通过设置微筛结构，以及设置光电镊子，能够将进入容纳腔里的待分析样品中的CTC细胞进行捕获，同时将除去CTC细胞外的其他成分通过微筛孔排出，光电镊子能够将捕获后的CTC细胞运输到微流控结构中进行处理和分析，该微流控装置中的容纳腔为封闭空间，可以有效的实现对CTC细胞的捕获、分类和运输，同时能够保持CTC细胞的活性，另外，本发明实施例提供的微流控装置还具有成本低的优势。
具体地，如图1所示，所述微筛结构300包括：衬底320、依次设置在衬底320上的氧化铟锡薄膜330以及非晶硅薄膜340，所述非晶硅薄膜340背离所述氧化铟锡薄膜330的表面分别与所述支撑结构400和所述微流控结构200接触，所述微筛孔阵列310贯穿所述衬底320、氧化铟锡薄膜330以及非晶硅薄膜340设置。
具体地，如图1所示，所述微流控结构200结构包括：支撑主体结构220，所述支撑主体结构220上形成有朝向所述容纳腔500开口的运输通道210。
需要说明的是，为了能够方便对细胞运送的管理，如图1所示，所述支撑主体结构220上设置开关结构230，所述开关结构230能够控制所述运输通道210的开口打开或关闭。
在一些实施方式中，所述开关结构230包括压力控制膜阀。
具体地，位于所述光电镊子110中的物镜700能够将光斑聚焦在所述光电镊子110朝向所述微筛结构300的表面，以使得所述光电镊子110捕获所述待分析样品中的CTC细胞600，并将捕获的所述待分析样品的CTC细胞600输送至运输通道210的入口处。
具体地，为了方便CTC细胞600的运送，所述基板100背离所述微流控结构200以及微筛结构300的表面设置平移台800，所述平移台800能够带动所述基板100以及基板100上的微流控结构200和微筛结构300移动。
在一些实施方式中，所述平移台800包括XYZ平移台。
下面结合图1和图2对本发明实施例提供的微流控装置的具体工作原理进行详细说明。
本发明实施例提供的微流控装置主要用于捕获和分析循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cell ，简称CTC）。微筛结构300是通过在氮化硅衬底320上面沉积氧化铟锡（ITO）薄膜330和非晶硅薄膜340后再加工直径约5 µm的微筛孔310阵列而制成。微筛结构300被集成到装置中并与聚二甲基硅氧烷微流控结构200侧向连接为一体，微流控结构200内部包含运输通道210并集成有压力控制膜阀230，膜阀用于泵送液体通过运输通道210。微筛结构300和微流控结构200被固定在在一块玻璃基板100上，可以选择在基板100上镀一层氧化铟锡透明导电薄膜，整个装置形成了一个可容纳待分析液体的封闭系统。
如图1所示，样品（如患者的血液样品）经样品入口410流入微筛，其中的细胞600被捕获在微筛孔310上。通过光学识别的方法在被捕获的细胞600中鉴定出CTC。利用LED模块作为光源去激发荧光染料标记的细胞，细胞发出的光被CCD相机上检测后通过图像分析识别出细胞。由于装置可与显微成像系统兼容，因此非常适用于（数字）病理/细胞学分析。如上所述，识别出的CTC（标为绿色）被由光电镊子110组成的梯度电场捕获，该梯度电场被入射在微筛光敏层上的激光束定位在CTC的位置。一旦细胞被捕获，就可以通过空间光调制器移动光点来进行运输。可以通过在计算机上创建从位置1到位置2再到位置3的场点移动轨迹动画来实现包含CTC的场点的移动。将动画发送到数据投影仪后，光斑将遵循指定的轨迹移动，从而将 CTC运输到微流体结构200的微道中，并由微流控结构200的泵送系统将其拾取。最终，CTC将被引导到微腔中进行处理和分析。
综上，本发明实施例提供的微流控装置能够有效地对CTC进行捕获、分类和运输，同时能够保持CTC的活性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微流控装置，其特征在于，包括：基板，所述基板上设置微流控结构和微筛结构，所述微流控结构位于所述基板上，所述微筛结构的一端与所述微流控结构背离所述基板的表面接触，所述微筛结构的另一端通过设置在所述基板上的支撑结构固定，所述支撑结构、基板、微流控结构以及所述微筛结构共同围成容纳腔，所述支撑结构上设置样品入口，所述微筛结构上设置微筛孔阵列，所述基板上设有光电镊子；
待分析样品经过所述样品入口进入所述容纳腔，所述微筛孔能够将所述待分析样品中除去CTC细胞外的其他成分排出所述容纳腔，所述光电镊子能够捕获所述待分析样品中的CTC细胞，并能够将所述待分析样品中的CTC细胞运输至所述微流控结构中，所述微流控结构能够形成运输通道，并对所述待分析样品的CTC细胞进行处理和分析。
2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微筛结构包括：衬底、依次设置在衬底上的氧化铟锡薄膜以及非晶硅薄膜，所述非晶硅薄膜背离所述氧化铟锡薄膜的表面分别与所述支撑结构和所述微流控结构接触，所述微筛孔阵列贯穿所述衬底、氧化铟锡薄膜以及非晶硅薄膜设置。
3.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控结构包括：支撑主体结构，所述支撑主体结构上形成有朝向所述容纳腔开口的运输通道。
4.根据权利要求3所述的微流控装置，其特征在于，所述支撑主体结构上设置开关结构，所述开关结构能够控制所述运输通道的开口打开或关闭。
5.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述开关结构包括压力控制膜阀。
6.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，位于所述光电镊子中的物镜能够将光斑聚焦在所述光电镊子朝向所述微筛结构的表面，以使得所述光电镊子捕获所述待分析样品中的CTC细胞，并将捕获的所述待分析样品的CTC细胞输送至运输通道的入口处。
7.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述基板背离所述微流控结构以及微筛结构的表面设置平移台，所述平移台能够带动所述基板以及基板上的微流控结构和微筛结构移动。
8.根据权利要求7所述的微流控装置，其特征在于，所述平移台包括XYZ平移台。
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