CN114700126A - 一种微流控分选芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及微流控技术领域，具体而言，涉及一种微流控分选芯片,其包括：自上而下依次设置的上导流模块、惯性聚焦暨混合分选模块和磁性分选模块；通过螺旋流道包括多个弯曲结构，弯曲结构可以使CTC与免疫磁珠的碰撞更加激烈，从而结合得更加充分，并且多个弯曲结构增加了螺旋流道的长度，使CTC与免疫磁珠结合的时间增加，从而在混合过程中进行孵育，无需再另外设置孵育模块，减少芯片的尺寸；CTC与血细胞在螺旋流道上进行初步分离的过程中，同时进行肿瘤细胞与免疫磁珠的充分结合及孵育，经过初步分离后的细胞在磁性分选模块中进一步对含有免疫磁珠标记的CTC进行磁性分选，从而分离出纯度更高的含有免疫磁珠标记的CTC。

Description

一种微流控分选芯片
技术领域
本申请涉及微流控技术领域，具体而言，涉及一种微流控分选芯片。
背景技术
液体活检技术是通过捕获体液中的生物标志物进行实时检测，肿瘤初期即存在于外周血的循环肿瘤细胞( circulating tumor cell，CTC),CTC与肿瘤原发灶和转移灶间的信息传递密切相关，是最具临床应用前景的液体活检靶标之一。捕获活性CTC对恶性肿瘤早筛、个性化治疗、疗效评估及肿瘤复发监控等方面具有重要临床指导意义。
现有技术中，通常采用微流控技术对血液中CTC进行分选，微流控技术的分流工艺流程主要分为三步：第一步惯性分离技术，第二步免疫磁珠培育，第三步磁性识别。第一步采用惯性分离技术，根据细胞大小使用纯流体动力学在高流速下操纵细胞，传统的惯性分离流道结构采用直线型、蛇型或者螺旋型，其结构示意图如图10所示，其中，直线型流道结构110简单易加工，但直线型流道结构110和蛇型流道结构111在达到分选CTC所需流道长度的时候，流道过长会增加芯片体积且降低分选效率，螺旋型流道结构112充分利用迪恩流增强了CTC的聚焦并缩短了流道长度，有效提高CTC回收率和通量。但是惯性分离技术只能适用于CTC细胞比白细胞大的情况。当CTC细胞和白细胞大小一致时，通过惯性分离得到的仍然为白细胞和CTC细胞的混合液，为了从白细胞中分离出CTC细胞，需要另外设置孵育模块和磁性识别模块，孵育模块和磁性识别模块均为独立结构且需要共同放置在一个芯片上，由于用于免疫磁珠孵育的弯曲流道会占据较大的芯片位置，增加分选芯片的整体尺寸，同时流体需按顺序经过多个流道导致芯片的通量低。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种微流控分选芯片，旨在解决传统分选芯片尺寸大、低通量、分选纯度低的问题，提供一种尺寸小、高通量、高分选纯度的微流控分选芯片。
第一方面，本申请提供了一种微流控分选芯片，包括：自上而下依次设置的上导流模块、惯性聚焦暨混合分选模块和磁性分选模块；
所述上导流模块设置有用于与血液样本试管相连的血液样本流道、用于与鞘液试管相连的磁珠鞘液流道；
所述惯性聚焦暨混合分选模块包括至少一个螺旋流道，所述螺旋流道包括多个弯曲结构，所述螺旋流道的首端设置有磁珠鞘液入口和血液入口，所述磁珠鞘液入口与所述磁珠鞘液流道连通，所述血液入口与所述血液样本流道连通，所述螺旋流道的末端设置有废液出口和待分选液出口，所述废液出口用于输出废液，所述待分选液出口用于输出待分选液；
所述磁性分选模块包括磁分选流道、磁铁和废液流道；所述废液流道的首端与所述废液出口连通，末端用于与废液收集器连接；所述磁分选流道的首端与所述待分选液出口连通，末端设置有用于与所述废液收集器连接的第一出口和用于与CTC收集器连接的第二出口；所述磁铁设置在所述磁分选流道的一侧。
本申请提供的微流控分选芯片，通过螺旋流道包括有多个弯曲结构，弯曲结构可以使CTC与免疫磁珠的碰撞更加激烈，从而结合得更加充分，并且多个弯曲结构增加了螺旋流道的长度，使CTC与免疫磁珠结合的时间增加，从而在混合过程中进行孵育，无需再另外设置孵育模块，减少芯片的尺寸；CTC与血细胞在螺旋流道上进行初步分离的过程中，同时进行CTC与免疫磁珠的充分结合及孵育，经过初步分离后的细胞在磁性分选模块中进一步对含有免疫磁珠标记的CTC进行磁性分选，从而分离出纯度比较高的含有免疫磁珠标记的CTC。
可选地，所述血液样本流道为第一星状流道，所述磁珠鞘液流道为环状分流道，所述环状分流道不闭合，所述第一星状流道设置在所述环状分流道内侧且所述第一星状流道与所述环状分流道互不相通，所述第一星状流道包括血液样本总入口和多个第一流道出口，每个所述第一流道出口与所述血液样本总入口之间通过一个连接流道连接，所述环状分流道包括磁珠鞘液总入口和多个第二流道出口，所述第二流道出口的数量与所述第一流道出口的数量相同。
本申请的血液样本流道采用星状流道，血液样本流入惯性聚焦暨混合分选模块前所经历的流道尺寸和长度具有高度一致性，既保证了血液样本流入每个螺旋流道的均匀性，又保证螺旋流道的血液样本入口处的压力稳定性及一致性；采用环状分流道，且环状分流道不闭合，使磁珠鞘液从环状分流道的中间处流入，均匀地向两侧的第二流道出口流出，且不会形成回流。
可选地，所述惯性聚焦暨混合分选模块包括多个所述螺旋流道，多个所述螺旋流道沿所述惯性聚焦暨混合分选模块周向均匀分布，且多个所述螺旋流道呈旋转对称设置，各个所述螺旋流道的所述待分选液出口共同连接于一个第一汇集流道的一端，所述第一汇集流道的另一端与所述磁分选流道的首端连通。
本申请设置的螺旋流道，在满足分选纯度的条件下，采用螺旋流道的结构的尺寸相较于传统的螺旋型流道的尺寸要小，因此在相同的芯片面积的情况下，可以设置多个螺旋流道，提高细胞分选的通量。
可选地，所述废液流道的首端设置有第二星状流道，所述第二星状流道包括多个分别与各所述废液出口连接的废液入口、以及一个第二汇集出口，各所述废液入口分别通过一连接流道与所述第二汇集出口连接，所述第二汇集出口与所述废液流道连接。
可选地，任意相邻的两个所述弯曲结构的弯曲方向相反。
可选地，所述弯曲结构的弯曲度为140°-200°。
本申请通过设置弯曲结构，利用惯性升力以及Dean拽力的作用，使CTC与免疫磁珠结合得更加充分，因此当弯曲结构的弯曲度为140°-200°的时候，其两者碰撞的激烈程度比较高。
可选地，所述惯性聚焦暨混合分选模块为正方形，所述惯性聚焦暨混合分选模块的边长为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为惯性聚焦暨混合分选模块的边长，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为螺旋流道的基准流道的曲率半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为预留边长，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为螺旋流道数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为螺旋流道的旋转对称设置中心到螺旋流道的首端之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为相邻两个螺旋流道的首端分别与旋转对称设置中心的连线的夹角的二分之一。
可选地，任意相邻的两个所述弯曲结构之间设置有过渡连接部，所述过渡连接部用于平滑过渡连接相邻的两个所述弯曲结构。
可选地，所述磁珠鞘液入口设置在所述螺旋流道首端的内侧，所述血液入口设置在所述螺旋流道首端的外侧，所述废液出口设置在所述螺旋流道末端的外侧，所述待分选液出口设置在所述螺旋流道末端的内侧。
可选地，所述第一出口设置在所述磁分选流道末端远离所述磁铁的一侧，所述第二出口设置在所述磁分选流道末端靠近所述磁铁的一侧。
有益效果
本申请提供的一种微流控分选芯片，通过螺旋流道上包括有多个弯曲结构，弯曲结构可以使CTC与免疫磁珠的碰撞更加激烈，从而结合得更加充分，并且多个弯曲结构增加了螺旋流道的长度，使CTC与免疫磁珠结合的时间增加，从而在混合过程中进行孵育，无需再另外设置孵育模块，减少芯片的尺寸；CTC与血细胞在螺旋流道上进行初步分离的过程中，同时进行CTC与免疫磁珠的充分结合及孵育，经过初步分离后的细胞在磁性分选模块中进一步对含有免疫磁珠标记的CTC进行磁性分选，从而分离出纯度更高的含有免疫磁珠标记的CTC。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本申请提供的一种微流控分选芯片的整体结构示意图。
图2为本申请提供的一种微流控分选芯片的上导流模块的结构示意图。
图3为本申请提供的一种微流控分选芯片的惯性聚焦暨混合分选模块的结构示意图。
图4为本申请提供的一种微流控分选芯片的磁性分选模块的结构示意图。
图5为本申请提供的一种微流控分选芯片的单个螺旋流道与磁性分选流道结合的示意图。
图6为本申请提供的一种微流控分选芯片的单个螺旋流道与磁性分选流道结合的仿真效果示意图。
图7为本申请提供的一种微流控分选芯片的单个螺旋流道与磁性分选流道结合的局部仿真效果示意图。
图8为传统的螺旋型流道分选的效果示意图。
图9为本申请提供的一种微流控分选芯片的螺旋流道数量求解的结构示意图。
图10为传统的惯性分离流道的结构示意图。
图11为本申请提供的弯曲度为140°的弯曲结构的仿真效果示意图。
图12为本申请提供的弯曲度为140°的弯曲结构的局部放大仿真效果示意图。
图13为本申请提供的弯曲度为160°的弯曲结构的仿真效果示意图。
图14为本申请提供的弯曲度为160°的弯曲结构的局部放大仿真效果示意图。
图15为本申请提供的弯曲度为180°的弯曲结构的仿真效果示意图。
图16为本申请提供的弯曲度为180°的弯曲结构的局部放大仿真效果示意图。
图17为本申请提供的弯曲度为200°的弯曲结构的仿真效果示意图。
图18为本申请提供的弯曲度为200°的弯曲结构的局部放大仿真效果示意图。
图19为本申请提供的相邻两个弯曲结构之间的旋转角度的示意图。
标号说明：1、上导流模块；2、惯性聚焦暨混合分选模块；3、磁性分选模块；101、血液样本总入口；102、血液样本流道；103、第一流道出口；104、磁珠鞘液总入口；105、第二流道出口；106、磁珠鞘液流道；200、螺旋流道；201、磁珠鞘液入口；202、血液入口；203、弯曲结构；204、废液出口；205、待分选液出口；206、第一汇集流道；301、废液入口；302、第二汇集出口；303、废液流道；304、磁分选流道；305、磁铁；306、第一出口；307、第二出口；701、第三出口；702、第四出口；110、直线型流道结构；111、蛇型流道结构；112、螺旋型流道结构。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1-图4，图1是本申请实施例中的一种微流控分选芯片的整体结构示意图，旨在解决传统分选芯片尺寸大、低通量、分选纯度低的问题，提供一种尺寸小、高通量、高分选纯度的微流控分选芯片。
第一方面，本申请提供的一种微流控分选芯片，包括：自上而下依次设置的上导流模块1、惯性聚焦暨混合分选模块2和磁性分选模块3；
上导流模块1设置有用于与血液样本试管相连的血液样本流道102、用于与鞘液试管相连的磁珠鞘液流道106；
惯性聚焦暨混合分选模块2包括至少一个螺旋流道200，螺旋流道200包括多个弯曲结构203，螺旋流道200的首端设置有磁珠鞘液入口201和血液入口202，磁珠鞘液入口201与磁珠鞘液流道106连通，血液入口202与血液样本流道102连通，螺旋流道200的末端设置有废液出口204和待分选液出口205，废液出口204用于输出废液，待分选液出口205用于输出待分选液；
磁性分选模块3包括磁分选流道304、磁铁305和废液流道303；废液流道303的首端与废液出口204连通，末端用于与废液收集器连接；磁分选流道304的首端与待分选液出口205连通，末端设置有用于与废液收集器连接的第一出口306和用于与CTC收集器连接的第二出口307；磁铁305设置在磁分选流道304的一侧。
具体地，自上而下依次设置的上导流模块1、惯性聚焦暨混合分选模块2和磁性分选模块3，每个模块的边缘位置均对应设置有定位安装孔，通过穿过定位安装孔的连接件（如螺钉、螺栓、连接销等）把各个模块连接固定。在上导流模块1中，血液样本从血液样本流道102中流入惯性聚焦暨混合分选模块2中的血液入口202，磁珠鞘液从磁珠鞘液流道106中流入惯性聚焦暨混合分选模块2中的磁珠鞘液入口201，由于螺旋流道200包括有多个弯曲结构203，当血液样本和磁珠鞘液汇合流入螺旋流道200时，在保证流体（即是血液与磁珠鞘液的混合液）在螺旋流道200中总体作螺旋流动的基础上（以保证初步分离效果），其螺旋流道200的弯曲结构203可以使血液样本中的CTC与磁珠鞘液中的免疫磁珠的碰撞更加激烈，从而结合得更加充分，并且多个弯曲结构203增加了螺旋流道200的长度，使CTC与免疫磁珠结合的时间增加，从而在混合过程中进行孵育，无需再另外设置孵育模块，减少芯片的尺寸；CTC与血细胞在螺旋流道200上进行初步分离的过程中，同时进行CTC与免疫磁珠的充分结合及孵育，螺旋流道200分选的原理是：流体在弯曲的螺旋流道200中流动时，流体中的细胞受到惯性升力以及Dean拽力的作用，红细胞和尺寸较小的白细胞循环至外壁面（从废液出口204流出），CTC和尺寸较大的白细胞平衡在螺旋流道200的内壁面（从待分选液出口205流出），并在磁性分选模块3中进行磁性分选，利用磁铁305对磁珠的磁场力作用，使含有免疫磁珠标记的CTC发生偏离，从第二出口307流入CTC收集器，而尺寸较大的白细胞则从第一出口306流入废液收集器，从而分离出纯度比较高的含有免疫磁珠标记的CTC。其中，内壁面是指靠近螺旋中心一侧的壁面，外壁面是指背向螺旋中心一侧的壁面。
具体地，为了验证本申请的微流控分选芯片的可靠性，利用有限元件进行仿真模拟分析，以单个螺旋流道200为例，为了直观地仿真模拟，将单个螺旋流道200的末端的待分选液出口205与磁分选流道304直接连接再进行仿真模拟，具体结构连接如图5所示，经仿真模拟分析得出，血液样本和磁珠鞘液经螺旋流道200进行初步分离后，大约99.9%的红细胞（图7所示废液出口204中的小黑点）和约80%的白细胞（图7所示废液出口204中的大黑点）从螺旋流道200末端的废液出口204流出；约0.1%的尺寸较大的红细胞（红细胞数量极少，图中未显示）、20%的尺寸较大的白细胞和CTC从待分选液出口205流至磁分选流道304中，CTC在流经磁分选流道304后，受到磁铁305的磁场力作用，100%的CTC（图7所示第二出口307的灰白点）向靠近磁铁305一侧的第二出口307流出，而约0.1%的尺寸较大的红细胞和20%的尺寸较大的白细胞（图7所示第一出口306的黑点）向远离磁铁305一侧的第一出口306流出，仿真效果示意图如图6所示，图7为螺旋流道200末端的初步分离及磁分选流道304末端分离的局部放大效果示意图。为了使对比数据更加准确，设置与该螺旋流道200具有相同的入口和出口的传统螺旋型流道, 该传统螺旋型流道与基准流道相同，其分选的仿真模拟效果如图8所示（图8中的螺旋型流道与图5的螺旋流道200的基准流道的尺寸相同，其中，基准流道是满足以下条件的螺旋状流道：螺旋流道200的各个弯曲结构203的圆心与基准流道的距离均相等，并且任意相邻的两个弯曲结构203的圆心均在基准流道上或者任意相邻的两个弯曲结构203的圆心分别在基准流道的两侧），其中，100%的白细胞、100%的CTC和约0.1%的尺寸较大的红细胞从第三出口701流出，约99.9%的红细胞从第四出口702流出，经过大量实验数据证明，本申请设置的具有弯曲结构203的螺旋流道200初步分选出的流体中含有约0.1%的尺寸较大的红细胞、20%的尺寸较大的白细胞，而传统的螺旋型流道分选出来的流体中含有100%的白细胞、约0.1%的尺寸较大的红细胞，因此，本申请设置的螺旋流道200的结构可以进一步提高CTC的分选纯度；另外，本申请还结合磁分选流道304和磁铁305的结构，对螺旋流道分选出来的待分选液进一步筛选，根据实验数据可知，本申请最后分选出来的结果是：100%的CTC从第二出口307流出至CTC收集器，约0.1%的尺寸较大的红细胞和20%的尺寸较大的白细胞第一出口306流出至废液收集器，从而实现分离出纯度较高的CTC。
应当理解的是，白细胞直径范围为10μm-18μm，CTC直径尺寸范围为15μm-20μm，如果白细胞直径大于或等于15μm属于尺寸较大的白细胞（进入待分选液出口205），红细胞直径范围为6μm-9μm，红细胞中8μm-9μm属于尺寸较大的细胞。其中磁铁305的数量可根据实际需要设置，此处不作限定。
在一些实施例中，血液样本流道102为第一星状流道，磁珠鞘液流道106为环状分流道，环状分流道不闭合，第一星状流道设置在环状分流道内侧且第一星状流道与环状分流道互不相通，第一星状流道包括血液样本总入口101和多个第一流道出口103，每个第一流道出口103与血液样本总入口101之间通过一个连接流道连接，环状分流道包括磁珠鞘液总入口104和多个第二流道出口105，第二流道出口105的数量与第一流道出口103的数量相同。
具体地，如图2所示，血液样本流道102采用星状流道（以一个点为中心点，多个连接流道沿该中心点周向排布），血液样本从血液样本总入口101流入，星状流道的第一流道出口103的数量根据螺旋流道200的数量对应地设置，此处不作限定；设置星状流道可以使血液样本流入惯性聚焦暨混合分选模块2前所经历的流道尺寸和长度具有高度一致性，既保证了血液样本流入每个螺旋流道200的均匀性，又保证螺旋流道200的血液样本入口处的压力稳定性及一致性；另外，磁珠鞘液流道106采用环状分流道，且环状分流道不闭合，环状分流道的第二流道出口105的数量根据螺旋流道200的数量对应地设置，且第二流道出口105数量与第一流道出口103数量相同；设置环状分流道可以使磁珠鞘液从环状分流道的中间处流入，均匀地向两侧的第二流道出口105流出，且不会形成回流。其中磁珠鞘液总入口104应当设置在环状分流道的中间，使磁珠鞘液均匀地留入各个第二流道出口105。
在一些实施例中，如图3所示，惯性聚焦暨混合分选模块2包括多个螺旋流道200，多个螺旋流道200沿惯性聚焦暨混合分选模块2周向均匀分布，且多个螺旋流道200呈旋转对称设置，各个螺旋流道200的待分选液出口205共同连接于一个第一汇集流道206的一端，第一汇集流道206的另一端与磁分选流道304的首端连通。
具体地，在满足分选纯度的条件下，采用螺旋流道200的结构的尺寸相较于传统的螺旋型流道的尺寸要小，因此在相同的芯片面积的情况下，可以设置多个螺旋流道200，提高细胞分选的通量。
优选地，各个待分选液出口205的共同连接点与第一星状流道的中心点、以及环状分流道的圆心均同轴设置，使上导流模块的第一流道出口103准确地对准惯性聚焦暨混合分选模块2中的血液入口202，第二流道出口105准确地对准惯性聚焦暨混合分选模块2中的磁珠鞘液入口201。
在另一些实施方式中，基准流道分为第一半圆弧和第二圆弧，第一半圆弧的半径是第二圆弧的半径的二分之一，且第一半圆弧的一端与第二圆弧的一端相切连接（具体如图9所示,第一半圆弧的另一端是螺旋流道所在的首端，第二圆弧的另一端是螺旋流道所在的末端）。从而，螺旋流道200对应第一半圆弧的流道段的螺旋中心是指第一半圆弧的圆心，螺旋流道200对应第二圆弧的流道段的螺旋中心是指第二圆弧的圆心。
在实际应用中，螺旋流道200的基准流道的总长度满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
;
Figure DEST_PATH_IMAGE024
;
Figure DEST_PATH_IMAGE026
;
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是迪恩数，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
是粒子横向迁移的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是迪恩循环迁移距离,
Figure DEST_PATH_IMAGE034
是流体的密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是流体的平均流速，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
是流体的粘度，
Figure 740562DEST_PATH_IMAGE010
是螺旋流道200的基准流道的曲率半径（为预设值），
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是螺旋流道水力直径，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
是流动雷诺数(惯性力与粘滞力之比)；
Figure DEST_PATH_IMAGE044
是螺旋流道的宽度，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
是螺旋流道的高度，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为螺旋流道200的基准流道的总长度。
其中，基准流道的总长度是满足 CTC分离所需的流道的总长度的基础，螺旋流道的横截面为矩形。
在一些实施例中，废液流道303的首端设置有第二星状流道，第二星状流道包括多个分别与各废液出口204连接的废液入口301、以及一个第二汇集出口302，各废液入口301分别通过一连接流道与第二汇集出口302连接，第二汇集出口302与废液流道303连接。
具体地，由于惯性聚焦暨混合分选模块2中设置有多个螺旋流道200，也就是各个螺旋流道200末端的废液出口204具有多个，为了减少设置多个废液收集器，因此在废液流道303的首端设置有第二星状流道，多个废液出口204流出的废液可以统一汇集到第二汇集出口302，使第二汇集出口302直接与废液流道303连接，由废液流道303流入废液收集器。
在一些实施例中，任意相邻的两个弯曲结构203的弯曲方向相反。
具体地，为了使CTC与免疫磁珠的碰撞更加激烈，使任意相邻的两个弯曲结构203的弯曲方向相反，从而螺旋流道200呈波浪状延伸。
在一些实施方式中，弯曲结构203的弯曲度为140°-200°。
应当理解的是，弯曲度是指弯曲结构203的两个端点与该弯曲结构203的圆心的连线之间的夹角。
具体地，如图11-图18所示，弯曲结构203的不同弯曲度，免疫磁珠在弯曲结构203中横向迁移的程度不同，免疫磁珠横向迁移越明显，其与CTC碰撞的几率越高；以图11和图12为举例说明，图11中表示弯曲结构203的弯曲度为140°的局部图，图中的横坐标和纵坐标为尺寸坐标，图12为免疫磁珠在该弯曲结构203（弯曲度为140°）中的移动轨迹的局部放大仿真效果的示意图。图13-图18对应的是不同弯曲度的仿真效果示意图，根据图11-图18的实验数据对比可知，图15中弯曲结构203的弯曲度为180°，该弯曲结构203对应的局部放大仿真效果示意图如图16所示，免疫磁珠在该弯曲结构203（弯曲度为180°）中向两侧分离移动的迹象更加明显，其与CTC发生碰撞的几率更高。
在一些实施方式中，惯性聚焦暨混合分选模块2为正方形，惯性聚焦暨混合分选模块2的边长为：
Figure 172811DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 282588DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 215909DEST_PATH_IMAGE006
；
式中，
Figure 478263DEST_PATH_IMAGE008
为惯性聚焦暨混合分选模块2的边长，
Figure 206047DEST_PATH_IMAGE010
为螺旋流道200的基准流道的曲率半径（为预设值），
Figure 429218DEST_PATH_IMAGE012
为预留边长（为预设值，可根据实际需要设置），
Figure 776017DEST_PATH_IMAGE014
为螺旋流道200数量，
Figure 502665DEST_PATH_IMAGE016
为螺旋流道200的旋转对称设置中心到螺旋流道200的首端之间的距离，
Figure 791563DEST_PATH_IMAGE018
为相邻两个螺旋流道200的首端分别与旋转对称设置中心的连线的夹角的二分之一。
具体地，如图9所示，当惯性聚焦暨混合分选模块2为正方形，布局一定数量（可根据实际需要设置）的螺旋流道200，也就是在确定螺旋流道200的数量后，然后通过上述公式计算
Figure 502030DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 511575DEST_PATH_IMAGE016
的值，从而根据惯性聚焦暨混合分选模块2的边长计算芯片的面积为
Figure DEST_PATH_IMAGE050
；因此，可以通过上述公式计算出布局一定数量的螺旋流道200所需芯片的最小面积。
在另一些实施方式中，螺旋流道200所在第二圆弧的相邻两个弯曲结构203的第一旋转角度（相邻两个弯曲结构203所在圆的圆心与第二圆弧的圆心的连接线之间的夹角）为5°-30°，螺旋流道200所在第一半圆弧的相邻两个弯曲结构203的第二旋转角度（相邻两个弯曲结构203所在圆的圆心分别与第一半圆弧的圆心的连接线之间的夹角）为10°-60°。
具体地，如图19所示，螺旋流道200所在第二圆弧的相邻两个弯曲结构203的第一旋转角度为15°，螺旋流道200所在第一半圆弧的相邻两个弯曲结构203的第二旋转角度为30°。
在一些实施方式中，任意相邻的两个弯曲结构203之间设置有过渡连接部，过渡连接部用于平滑过渡连接相邻的两个弯曲结构203。
具体地，为了使CTC和免疫磁珠在相邻的两个弯曲结构203具有平滑过渡，因此设置过渡连接部（过渡连接部与相邻的两个弯曲结构203的端部相切）。
在另一些实施方式中，任意相邻的两个弯曲结构203依次连接，且任意相邻的两个弯曲结构203之间相切，在该种连接方式中无需设置过渡连接部。
在一些实施例中，磁珠鞘液入口201设置在螺旋流道200首端的内侧，血液入口202设置在螺旋流道200首端的外侧，废液出口204设置在螺旋流道200末端的外侧，待分选液出口205设置在螺旋流道200末端的内侧。
具体地，为了使含有免疫磁珠的CTC顺利从待分选液出口205输出，因此需要将磁珠鞘液入口201设置在螺旋流道200首端的内侧，血液入口202设置在螺旋流道200首端的外侧，废液出口204设置在螺旋流道200末端的外侧，待分选液出口205设置在螺旋流道200末端的内侧，使含有免疫磁珠的CTC进入磁分选流道304进一步进行分选。
其中，螺旋流道200首端的内侧是指靠近螺旋流道200对应第一半圆弧的圆心的一侧，螺旋流道200首端的外侧是指背向螺旋流道200对应第一半圆弧的圆心的一侧；螺旋流道200末端的内侧是指靠近螺旋流道200对应第二圆弧的圆心的一侧，螺旋流道200末端的外侧是指背向螺旋流道200对应第二圆弧的圆心的一侧。
在一些实施例中，第一出口306设置在磁分选流道304末端远离磁铁305的一侧，第二出口307设置在磁分选流道304末端靠近磁铁305的一侧。
具体地，由于免疫磁珠受到磁铁305的作用力会发生偏转，当待分选液（在螺旋流道200末端分选出来的CTC及尺寸较大的白细胞）经过磁铁305的时候，含有免疫磁珠标记的CTC会向磁铁305的一侧发生偏转，而尺寸较大的白细胞不受磁力影响，因此需要将第二出口307设置在靠近磁铁305的一侧，使含有免疫磁珠标记的CTC会向磁铁305的一侧发生偏转，从第二出口307流出至CTC收集器；第一出口306设置在远离磁铁305的一侧，使不会发生偏转的尺寸较大的白细胞从第一出口306流出至废液收集器，从而使分离出来的CTC的纯度更高。
由上可知，本申请提供的微流控分选芯片，通过螺旋流道200包括多个弯曲结构203，弯曲结构203可以使CTC与免疫磁珠的碰撞更加激烈，从而结合得更加充分，并且多个弯曲结构203增加了螺旋流道200的长度，使CTC与免疫磁珠结合的时间增加，从而在混合过程中进行孵育，无需再另外设置孵育模块，减少芯片的尺寸；CTC与血细胞在螺旋流道200上进行初步分离的过程中，同时进行CTC与免疫磁珠的充分结合及孵育，经过初步分离后的细胞在磁性分选模块3中进一步对含有免疫磁珠标记的CTC进行磁性分选，从而分离出纯度更高的含有免疫磁珠标记的CTC。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控分选芯片，其特征在于，包括：自上而下依次设置的上导流模块(1)、惯性聚焦暨混合分选模块(2)和磁性分选模块(3)；
所述上导流模块(1)设置有用于与血液样本试管相连的血液样本流道(102)、用于与鞘液试管相连的磁珠鞘液流道(106)；
所述惯性聚焦暨混合分选模块(2)包括至少一个螺旋流道(200)，所述螺旋流道(200)包括多个弯曲结构(203)，所述螺旋流道(200)的首端设置有磁珠鞘液入口(201)和血液入口(202)，所述磁珠鞘液入口(201)与所述磁珠鞘液流道(106)连通，所述血液入口(202)与所述血液样本流道(102)连通，所述螺旋流道(200)的末端设置有废液出口(204)和待分选液出口(205)，所述废液出口(204)用于输出废液，所述待分选液出口(205)用于输出待分选液；
所述磁性分选模块(3)包括磁分选流道(304)、磁铁(305)和废液流道(303)；所述废液流道(303)的首端与所述废液出口(204)连通，末端用于与废液收集器连接；所述磁分选流道(304)的首端与所述待分选液出口(205)连通，末端设置有用于与所述废液收集器连接的第一出口(306)和用于与CTC收集器连接的第二出口(307)；所述磁铁(305)设置在所述磁分选流道(304)的一侧。
2.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述血液样本流道(102)为第一星状流道，所述磁珠鞘液流道(106)为环状分流道，所述环状分流道不闭合，所述第一星状流道设置在所述环状分流道内侧且所述第一星状流道与所述环状分流道互不相通，所述第一星状流道包括血液样本总入口(101)和多个第一流道出口(103)，每个所述第一流道出口(103)与所述血液样本总入口(101)之间通过一个连接流道连接，所述环状分流道包括磁珠鞘液总入口(104)和多个第二流道出口(105)，所述第二流道出口(105)的数量与所述第一流道出口(103)的数量相同。
3.根据权利要求2所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述惯性聚焦暨混合分选模块(2)包括多个所述螺旋流道(200)，多个所述螺旋流道(200)沿所述惯性聚焦暨混合分选模块(2)周向均匀分布，且多个所述螺旋流道(200)呈旋转对称设置，各个所述螺旋流道(200)的所述待分选液出口(205)共同连接于一个第一汇集流道(206)的一端，所述第一汇集流道(206)的另一端与所述磁分选流道(304)的首端连通。
4.根据权利要求3所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述废液流道(303)的首端设置有第二星状流道，所述第二星状流道包括多个分别与各所述废液出口(204)连接的废液入口(301)、以及一个第二汇集出口(302)，各所述废液入口(301)分别通过一连接流道与所述第二汇集出口(302)连接，所述第二汇集出口(302)与所述废液流道(303)连接。
5.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，任意相邻的两个所述弯曲结构(203)的弯曲方向相反。
6.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述弯曲结构(203)的弯曲度为140°-200°。
7.根据权利要求3所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述惯性聚焦暨混合分选模块(2)为正方形，所述惯性聚焦暨混合分选模块(2)的边长为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 793789DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
式中，
Figure 914192DEST_PATH_IMAGE004
为惯性聚焦暨混合分选模块的边长，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为螺旋流道的基准流道的曲率半径，
Figure 21825DEST_PATH_IMAGE006
为预留边长，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为螺旋流道数量，
Figure 994198DEST_PATH_IMAGE008
为螺旋流道的旋转对称设置中心到螺旋流道的首端之间 的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为相邻两个螺旋流道的首端分别与旋转对称设置中心的连线的夹角的二分之 一。
8.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，任意相邻的两个所述弯曲结构(203)之间设置有过渡连接部，所述过渡连接部用于平滑过渡连接相邻的两个所述弯曲结构(203)。
9.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述磁珠鞘液入口(201)设置在所述螺旋流道(200)首端的内侧，所述血液入口(202)设置在所述螺旋流道(200)首端的外侧，所述废液出口(204)设置在所述螺旋流道(200)末端的外侧，所述待分选液出口(205)设置在所述螺旋流道(200)末端的内侧。
10.根据权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述第一出口(306)设置在所述磁分选流道(304)末端远离所述磁铁(305)的一侧，所述第二出口(307)设置在所述磁分选流道(304)末端靠近所述磁铁(305)的一侧。
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