CN117535113A - 微粒分选装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微粒分选装置和方法，微粒分选装置包括：微流道，包括：第一流道，与所述第一流道下游连通的第二流道和第三流道；微粒聚焦单元，用于使所述第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列；检测单元，用于对所述队列中的微粒进行检测，以识别出所述队列中包括的第一微粒；第一体声波谐振器，其可作用范围包括所述队列的至少一部分，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒驱动流向所述第二流道，以及在其未启动时使流经其可作用范围的微粒流向所述第三流道。本申请可具有较高的筛选精准性、应用于细胞分选时，可具有较高的细胞存活率。

Description

微粒分选装置和方法

技术领域

本申请涉及微流控技术领域，特别是指一种微粒分选装置和方法。

背景技术

荧光激活细胞分选 (Fluorescence Activated Cell Sorting，FACS) 是一种精确的微尺度细胞操作技术，能够在单细胞水平上进行高通量细胞分析和分选。FACS技术利用细胞标记荧光染料或融合蛋白等特异性标记的方法，将复杂的细胞混合物按照表型、大小、形态等特征进行快速准确的分类，实现单细胞级别的细胞学分析和功能鉴定。基于FACS原理的流式细胞分选技术，例如流式细胞仪，被广泛应用于生命科学研究、药物筛选和临床诊断等领域。

如何提高细胞分选的精准性，以及维持细胞保持较高的活性，是有待解决的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种微粒分选系统和方法，以能提高基于微粒分选的准确性，尤其当应用于细胞分选时，还可以维持细胞较高的活性。

为达到上述目的，本申请第一方面提供了一种微粒分选装置，包括：微流道，包括：第一流道，与所述第一流道下游连通的第二流道和第三流道；微粒聚焦单元，用于使所述第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列；检测单元，用于对所述队列中的微粒进行检测，以识别出所述队列中包括的第一微粒；第一体声波谐振器，其可作用范围包括所述队列的至少一部分，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒驱动流向所述第二流道，以及在其未启动时使流经其可作用范围的微粒流向所述第三流道。

由上，实现了基于体声波谐振器进行微粒的分析，保持高通量的特点，且对颗粒损害性小，尤其应用于细胞分选时，可以维持细胞较高的活性。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述微粒聚焦单元包括二维鞘流聚焦结构，所述二维鞘流聚焦结构包括连通至所述第一流道上游的鞘流流道和样品流道，通过所述鞘流流道的鞘流将所述样品流道流出的微粒在所述第一微流道中呈所述队列排列。

由上，可使用微流控中的二维鞘流聚焦结构作为微粒聚焦单元，维持整体系统的小型化、微型化。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述微粒聚焦单元包括：第二体声波谐振器，其可作用范围包括所述第一流道的至少一部分，用于将流经其可作用范围的所述流体中的微粒捕获、并从所述第二体声波谐振器末端对应位置依次释放，以使所述依次释放的微粒在所述第一微流道中呈队列排列；所述第二体声波谐振器末端位置指所述第二体声波谐振器的本体朝向所述第一流道下游侧的位置。

由上，可使用另一体声波谐振器作为微粒聚焦单元，可维持整体系统的小型化、微型化。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述第一体声波谐振器的末端呈角设置，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒捕获并由所述第一体声波谐振器的末端对应位置释放，所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道内，或所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道入口正对的上游位置。

由上，该结构的第一体声波谐振器，由于微粒的释放点位于第一体声波谐振器末端，因此会具有较为精确的释放位置，也即，可以将目标微粒（第一微粒）精准的送达指定位置。这种精准性也同时提高了分选的准确性（降低送达非指定位置的概率），从而更有利于设备的小型化、微型化。

作为第一方面的一种可能的实现方式， 所述第一体声波谐振器用于产生拖拽力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒拖拽到第一位置释放；所述第一位置位于所述第二流道内，或所述第一位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述第一体声波谐振器用于产生射流力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒通过射流力推压到第二位置释放；所述第二位置位于所述第二流道内，或所述第二位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述第一体声波谐振器本体的形状为正多边形。

由上，还可基于拖拽力、射流力实现微粒的分选，可根据需要灵活使用所需功能的体声波谐振器。

作为第一方面的一种可能的实现方式，所述检测单元包括：光学系统检测单元、光电检测单元、电检测单元或图像检测单元。

由上，可根据检测目标粒子的特性、需要，灵活设置检测单元。

本申请第二方面提供了一种微粒分选方法，使用第一方面提供的任一所述的微粒分选装置，所述方法包括：通过微粒聚焦单元使第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列；通过检测单元对所述队列中的微粒进行检测；当检测单元识别出所述队列中包括的第一微粒时，启动第一体声波谐振器，将流经所述第一体声波谐振器可作用范围的所述第一微粒驱动流向第二流道；当检测单元识别出所述队列中包括的非第一微粒时，所述第一体声波谐振器处于未启动状态，使流经所述第一体声波谐振器可作用范围的微粒流向第三流道。

作为第二方面的一种可能的实现方式，所述将流经所述第一体声波谐振器可作用范围的所述第一微粒驱动流向第二流道，包括以下之一：

所述第一体声波谐振器的末端呈角设置，将流经其可作用范围的所述第一微粒捕获并由所述第一体声波谐振器的末端对应位置释放；所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道内，或所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道入口正对的上游位置；

所述第一体声波谐振器用于产生拖拽力，将流经其可作用范围的所述第一微粒拖拽到第一位置释放；所述第一位置位于所述第二流道内，或所述第一位置位于所述第二流道入口正对的上游位置；

所述第一体声波谐振器用于产生射流力，将流经其可作用范围的所述第一微粒通过射流力推压到第二位置释放；所述第二位置位于所述第二流道内，或所述第二位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。

附图说明

图1是本申请第一实施例提供的微粒分选装置的示意图；

图2是本申请实施例中的第一种二维鞘流聚焦结构示意图；

图3是本申请实施例中的第二种二维鞘流聚焦结构示意图；

图4是本申请实施例提高的第一种基于第二体声波谐振器的微粒聚焦单元示意图；

图5是本申请实施例提高的第二种基于第二体声波谐振器的微粒聚焦单元示意图；

图6是本申请实施例提供的一种检测单元的示意图；

图7是本申请实施例提供的第一体声波谐振器的末端位于第二流道入口的上游位置的微粒分选装置的示意图；

图8是本申请实施例提供的第一体声波谐振器产生拖拽力分选微粒的示意图；

图9是本申请实施例提供的第一体声波谐振器产生射流力分选微粒的示意图；

图10是本申请实施例提供的第一体声波谐振器产生射流力分选微粒的另一示意图；

图11是本申请实施例提供的第一种具有多个第二流道的微粒分选装置的示意图；

图12是本申请实施例提供的第二种具有多个第二流道的微粒分选装置的示意图；

图13是本申请第二实施例提供的微粒分选方法的流程图；

图14是本申请第三实施例提供的显示活细胞被完整分选的过程的示意图；

图15是本申请第三实施例提供的分选前的细胞样本的显微照片的图；

图16是本申请第三实施例提供的分选后的细胞样本的显微照片的图。

应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本发明实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本发明实施例的物理连接方式。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本申请提供的技术方案作进一步说明。应理解，本申请实施例中提供的系统结构和业务场景主要是为了说明本申请的技术方案的可能的实施方式，不应被解读为对本申请的技术方案的唯一限定。本领域普通技术人员可知，随着系统结构的演进和新业务场景的出现，本申请提供的技术方案对类似技术问题同样适用。

应理解，本申请实施例提供的实现微粒分选方案，包括微粒分选装置方法。由于这些技术方案解决问题的原理相同或相似，在如下具体实施例的介绍中，某些重复之处可能不再赘述，但应视为这些具体实施例之间已有相互引用，可以相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。为了准确地对本申请中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本发明，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义：

1）鞘流聚焦，一种流式细胞仪流体系统通过利用流体动力学聚焦液体中的细胞的方式，其原理为，使用较快移动的鞘液（如盐水溶液）来迫使样品（如含微粒的液体）进入较小的核心流（也称为流体动力学核心，即轴线附近的层流），使得核心流中的各微粒沿同一轴线以大致相同的速度行进。样品进入核心流后，可通过激光检测点检测。

二维鞘流聚焦指基于微机电，如基于微流道实现的鞘流聚焦功能。

2）体声波谐振器：本申请中指频率通常大于1GHz的声波谐振器。它在输入信号的激励下，产生超高频振动，发射体声波，体声波在流体中传播引发流体的定向运动，形成流体涡旋。其中的一个现象是，流体中可在体声波谐振器的芯片边缘产生若干微小的流体旋涡，这些流体旋涡可以捕获液体中的粒子，结合这些流体旋涡的位置分布，呈现出液体中的粒子于体声波谐振器的芯片边缘分布的现象。由于流体中的粒子会流经芯片边缘分布的这些流体旋涡，故这些流体旋涡形成的粒子的流经路线，本申请称为声流体隧道。

3）射流与涡旋，体声波谐振器的体声波在流体中的另两个现象。其中体声波谐振器的射流可产生压力或推力，涡旋可产生拖拽力。在一些实施例中，可以通过控制输入到体声波谐振器的脉冲的密度或脉冲间隔、脉冲周期中的脉冲占比（指脉冲的高电平占一个脉冲周期的占比），使得体声波谐振器呈现出产生压力或推力的射流或产生拖拽力的涡旋。例如，所述脉冲占比越小（脉冲越短）越体现射流、脉冲密度越低（脉冲的连续性）或脉冲间隔越大，越体现射流，反之则更倾向于产生涡旋。

4）微粒，本申请中，微粒指微观的颗粒，如包括细胞、分子聚合物等颗粒，如高分子聚合物、长链分子等。

传统的FACS系统的细胞分选方案中，主要有四个组成部分：流体动力学系统、光学系统、计算机系统和静电液滴分选系统。流体动力学系统通过毛细管将荧光染色的细胞样液和鞘液引入到流道中，鞘液的作用是对样液进行聚焦，使细胞以单行排列方式通过下方的激光检测点。然后，激光照射单个细胞激发产生荧光信号，荧光信号被光学检测器收集后被计算机系统分析。计算机系统根据荧光信号中所包含的丰富信息判断细胞的类别，根据使用者的需要在下游采用静电液滴分选装置。传统的FACS的细胞分选方案，集成鞘液及复杂的分选系统，使的整体设备较为昂贵和笨重，而且会在开放环境中产生气溶胶，造成潜在的样本污染和对操作人员的安全威胁。并且，聚焦所需的鞘液产生的剪切力，以及静电液滴分选装置的电场均会影响细胞的活性。

为了克服传统FACS的缺点，微流控技术被引入FACS中。基于微流控的FACS的方案目前包括基于电学、气泡喷射、光学、磁等分选方法。但电学方法局限性较大，一方面不同生物样品之间的电导率可能存在显着差异，另一方面施加的电场可能导致细胞电穿孔和热损伤。气泡分选的方法的问题是当微气泡破裂时，它会回流到流道中，从而将细胞拉入目标出口的相反方向，增加错误分选的风险。光学分选方法光路过于复杂，无法发挥微流体系统体积小的优势。而磁分选方法分选速度慢，得率较低，且机械压力大容易损伤样本生物活性。

基于微流控的FACS的方案还包括基于声学的分选方法，具有功耗低、对细胞损害小、通用性强等优点。但是目前的声学分选技术，基本上都是利用声辐射力进行分选，由于声音传播的具有发散性的特点，缩小声波辐射力的聚焦的区域以提高控制精度相对比较困难，并且声辐射力的作用实际上会受到流体效应的干扰，这些导致了筛分的不稳定性，以及很难精准控制被筛选的细胞到达指定位置。

本申请提供了另一种基于声学的FACS的分选方案，其原理是采用通过体声波谐振器（Solidly Mounted Resonator，SMR）作为声学器件，并且在微流道中，通过该SMR进行微粒的精确筛分，其中微粒可以包括细胞。其中，上游可采用二维鞘流或其他聚焦方式，使微粒样品在流体中呈队列排列，当检测装置检测到队列中的目标粒子时，控制SMR作用于该目标粒子，使其移动路线产生偏移，偏移至目标出口，实现被精确分选。其中，控制SMR作用于该目标粒子，可以利用SMR的声辐射力、或拖拽力，或产生的声流体隧道来实现目标粒子的路线偏移。并且，经过实验验证，本方案筛选精准性高、且对粒子损害性小，应用于细胞分选时可维持较高的细胞活性，即生物兼容性好。

本申请的微粒分选方案，可以根据使用者的需要在下游设置分析装置，用于对分选出的目标粒子进行进一步的分析。本申请的微粒分选方案，可以应用于对单细胞的高通量筛选与分析，进而，可以应用于生命科学研究、药物筛选和临床诊断等领域。

下面，结合附图和实施例对本申请所提供的方案进行详细举例介绍。

本申请第一实施例提高了一种微粒分选装置，可以用于将流体中的目标微粒分选出来，如图1所示，该微粒分选装置包括微流道、微粒聚焦单元、检测单元、第一体声波谐振器。

其中，所述微流道可包括：第一流道，与所述第一流道下游连通的第二流道和第三流道。

其中，微粒聚焦单元用于使所述第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列，以逐一通过检测单元，较佳的，可以逐一匀速通过检测单元。

其中，检测单元用于对所述队列中的微粒进行检测，以识别出所述队列中包括的第一微粒。

其中，第一体声波谐振器，其可作用范围包括所述队列的至少一部分，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒驱动流向所述第二流道，以及在其未启动时使流经其可作用范围的微粒流向所述第三流道。

在一些实施例中，微粒聚焦单元包括二维鞘流聚焦结构，所述二维鞘流聚焦结构包括连通至所述第一流道上游的鞘流流道和样品流道，通过所述鞘流流道的鞘流将所述样品流道流出的微粒在所述第一微流道中呈所述队列排列。

在一些实施例中，如图2所示的二维鞘流聚焦结构，鞘流流道可以是两个，位于样品流道两侧分布，在一些实施例中这两个鞘流流道可在样品流道两侧呈对称分布。在另一些实施例中与可以不呈所述对称分布。通过两侧鞘流流道的合适流速的鞘流将从样品流道流入第一流道的流体中的微粒呈队列排列，且呈单列队列排列。其中，所述合适的流速可通过实验获得。其中，当两个鞘流流道所述对称分布，且两鞘流流速相同时，呈队列排列的微粒基本位于第一流道的中间位置。

在一些实施例中，如图3所示的二维鞘流聚焦结构，鞘流流道可以是一个，位于样品流道一侧，通过合适流速的鞘流将从样品流道流入第一流道的流体中的微粒呈队列排列，一般的，该队列会靠近第一流道的远离鞘流流道方向的一侧。

在一些实施例中，如图4、图5所示，所述微粒聚焦单元包括第二体声波谐振器，其可作用范围包括所述第一流道的至少一部分，用于将流经其可作用范围的所述流体中的微粒捕获、并从所述第二体声波谐振器末端对应位置依次逐一释放，以使所述依次释放的微粒在所述第一微流道中呈队列排列，并且逐一释放时可匀速释放，以更便于后续检测单元的对微粒的检测、便于第一体声波谐振器对微粒的控制；所述第二体声波谐振器末端位置指所述第二体声波谐振器的本体朝向所述第一流道下游侧的位置，以使从其末端依次释放、且呈队列排列的第一微粒流向下游。在一些实施例中，第二体声波谐振器位于微流道底部或支撑微流道的基板上，且紧贴微流道底部或基板表面设置。

在一些实施例中，微粒聚集单元也可以是在上游采用图2或图3的结构，在该结构的下游设置图4或图5中的第二体声波谐振器，这里的第二体声波谐振器实现对二维鞘流聚焦输出的队列的二次排列，二次排列可以将第一次队列中不整齐的进一步排列整齐。并且，二次排列后的输出的队列位置（即第二体声波谐振器的末端位置）可以与第一次队列位置由所偏移或相同，可根据需要设置第二体声波谐振器的末端位置。

如图4和图5示出了第二体声波谐振器的两个实施例，第一微流道内流体中的微粒被位于第二体声波谐振器的边缘的声流体隧道所捕获，并移动到第二体声波谐振器末端，并从末端依次释放到第一流道中。在一些实施例中，第二体声波谐振器的形状整体呈菱形设置，或呈梭形设置、或呈平行四边形设置，且构成第二体声波谐振器的形状的各边中，除了末端的各边的交界处也可以平滑过渡设置，其中，第二体声波谐振器的形状的末端处呈角度设置，较佳的可呈锐角设置或呈尖部设置，这样利于降低末端的能力势井，更利于的微粒在第二体声波谐振器末端处借助于流体的动力进行释放。在一些实施例中，第二体声波谐振器作用于第一微流道内的流体的声流体隧道可尽量长、尽量的能够作用范围涵盖第一微流道的宽度方向，以提高对流经微粒的捕获能力。

在一些实施例中，检测单元可以是基于光学或光电的检测单元。目标微粒，即第一微粒可预先修饰有荧光，该检测单元具体可以为可检测荧光的装置，例如可检测荧光的亮度强调、范围、形状等参数，当检测到具有荧光的微粒，或符合要求的荧光（如亮度、范围和/或形状等参数）的微粒，或检测后经分析（如结合计算机等分析装置）为符合要求的微粒，则视为检测到作为目标微粒的第一微粒。在一些实施例中，检测单元可以采用如图6示出的光学系统，关于该光学系统，将在后文进行介绍。

在一些实施例中，检测单元可以是基于电学或电磁的检测单元，在一些实施例中，目标微粒，即第一微粒可预先磁化，或极性化（携带正电或负电），通过该检测单元对磁化或极性化的微粒进行检测。

在一些实施例中，检测单元可以为基于图像与分析功能的检测单元，如包括达到所需分辨率的图像采集设备与分析装置（如计算机），通过分析装置分析所采集的图像来识别目标微粒。

在一些实施例中，如图1的例子中所示，所述第一体声波谐振器的末端呈角设置，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒捕获并由所述第一体声波谐振器的末端对应位置释放。在一些实施例中，第一微粒被位于第一体声波谐振器的边缘的声流体隧道所捕获，并移动到第一体声波谐振器末端释放。其中，该结构的第一体声波谐振器，由于微粒的释放点位于第一体声波谐振器末端，因此会具有较为精确的释放位置，也即，可以将目标微粒（第一微粒）精准的送达指定位置。这种精准性也同时提高了分选的准确性（降低送达非指定位置的概率），从而更有利于设备的小型化、微型化。在一些实施例中，该第一体声波谐振器位于微流道底部或支撑微流道的基板上，且紧贴微流道底部或基板表面设置。

在一些实施例中，第一体声波谐振器形状整体呈菱形设置，或呈梭形设置、或呈平行四边形设置，且构成第二体声波谐振器的形状的各边中，除了末端的各边的交界处也可以平滑过渡设置，其中，较佳的，第二体声波谐振器的末端可呈锐角设置或呈尖部设置等。在一些实施例中，第一体声波谐振器可如上述第二体声波谐振器的形状，不再赘述。

在一些实施例中，如图1示出的例子中，所述第一体声波谐振器的末端可位于所述第二流道内，直接将捕获的第一微粒释放到第二流道内。另一些实施例中，如图7示出的例子中，所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道入口正对的上游位置，从而将捕获的第一微粒释放到第二流道入口对应的上游位置，释放的第一微粒借助于流体移到第二流道内。例如，所述第二流道入口对应的上游位置可位于图7中的第二流道入口对应的鞘流层，通过将第一微粒释放到该位置后，借助所述鞘流层，第一粒子可移动到第二流道内。

在一些实施例中，所述第一体声波谐振器用于产生拖拽力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒拖拽到第一位置释放；在一些实施例中，如图8示出的例子，所述第一位置位于或靠近所述第二流道内，或所述第一位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。基于所述第一位置可确定出所述第一体声波谐振器的设置位置位于所述第二流道与第一流道的交界处、且靠近第二流道，或该设置位置的上游的某位置。在一些实施例中，该第一体声波谐振器形状可为整体外凸且无锐角的形状，例如正多边形或近似正多边形，如正六边形、正五边形等，或者形状可为圆形、椭圆等其他形状。在一些实施例中，该第一体声波谐振器位于微流道底部或支撑微流道的基板上，且紧贴微流道底部或基板表面设置。另外，虽然图8和图9、图10示出例子中，第一流道中的粒子位于明显偏离该第一流道轴线侧成队列排列，不难理解，图8和图9和图10的拖拽力和射流力应用于如图1示意的微流道形状时，也可使第一流道中的粒子位于第一流道轴线成队列排列。

在一些实施例中，所述第一体声波谐振器用于产生射流力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒通过射流力推压到第二位置释放；在一些实施例中，如图10所示，所述第二位置位于所述第二流道入口，或如图9所示第二位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。对于图9和图10示出的例子中，第二流道与第三流道在一水平面内，基于所述第二位置可确定出所述第一体声波谐振器的设置位置位于所述第二流道所靠近的第一流道的侧壁的对侧，或该设置位置的上游的某位置。在另一些实施例中，在竖直方向上，所述第二流道位于所述第三流道顶部设置（即，第二流道与第三流道上下设置），其中第三流道为第一流道的延伸部分，第二流道入口位于第一流道顶部，或位于第三流道顶部，该情况下可确定出所述第一体声波谐振器的设置位置位于第一流道的底部或位于第三流道底部、且其工作面朝上正对第二流道入口设置。在另一些实施例中，竖直方向上，第二流道也可位于第三流道底部下方设置，相应的第一体声波谐振器的设置位置位于第一流道的顶部或位于第三流道顶部、工作面朝下正对第二流道入口设置。在一些实施例中，该第一体声波谐振器形状可为整体外凸且无锐角的形状，例如正多边形或近似正多边形，如正六边形、正五边形等，或者形状可为圆形、椭圆等其他形状。

在一些实施例中，如图11所示，可沿所述第一流道依次设置多个第二流道，并对应设置多个第一体声波谐振器，相应的检测单元可以具有检测多种微粒的功能，或者设置多个检测单元，从而可以通过检测单元（或多个检测单元）检测出第一流道内流体内的呈队列排列的微粒中的多种目标微粒，并控制相应的某个第一体声波谐振器的工作状态（如启动或不启动），将不同的目标微粒驱动到不同的第二流道中。其中，为了便于呈队列排列的微粒顺畅向下游移动，各第二流道可沿第一流道侧壁向一侧或另一侧伸出设置。

在一些实施例中，如图12所示，当设置所述多个第二流道时，这些第二流道也可以同时连接至第一流道下游的同一位置，由不同的第一体声波谐振器驱动不同的目标微粒流向不同的第二流道入口或入口的上游位置。

在另一些实施例中，也可以设置一个第一体声波谐振器，由其驱动不同的目标微粒流向不同的第二流道入口或入口的上游位置。例如可以通过精确控制第一体声波芯片的功率、输入脉冲的占比、通电时长，来精确控制目标微粒的偏离原轨迹的偏离度，以流向不同的第二流道入口。如通过对上述第一体声波芯片的精确控制，来控制目标微粒在第一体声波芯片的声流体隧道的移动的位置（断电时刻声流体隧道消失，粒子从声流体隧道被释放）、或拖拽力大小、或射流力大小，来实现对目标微粒的偏离原轨迹的偏离度大小的控制。在另一些实施例中，还可以控制同一个第一体声波谐振器产生拖拽力或射流力，以控制目标微粒的偏离方向。

本申请第二实施例提供了一种微粒分选方法，使用上述任一所述的微粒分选装置或其可选实施例进行微粒的分选，如图13所示，该微粒分选方法包括：

S10：通过微粒聚焦单元使所述第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列。该步骤的实施方式可使用上述微粒聚焦单元中的实施例，不再赘述。

S20：通过检测单元对所述队列中的微粒进行检测。该步骤的实施方式可使用上述检测单元中的实施例，不再赘述。

S30：当检测单元识别出所述队列中包括的第一微粒时，启动第一体声波谐振器，将流经所述第一体声波谐振器可作用范围的所述第一微粒驱动流向第二流道，

S40：当检测单元识别出所述队列中包括的非第一微粒时，所述第一体声波谐振器处于未启动状态，使流经所述第一体声波谐振器可作用范围的微粒流向所述第三流道。

在一些实施例中，步骤S30和S40的实施方式可使用上述第一体声波谐振器中的实施例，不再赘述。

下面，进一步结合第三实施例，对本申请方案进行介绍。

该实施例中，微流控芯片由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的微流道和基于MEMS工艺制造的固体装配型体声波谐振器（Solidly Mounted Resonator, SMR）组成。

微流道由PDMS在晶圆上倒模制成，高度50μm。该实施例中的微流道包括位于第一微流道上游的二维鞘流聚焦结构、第一微流道和位于第一微流道下游的第二微流道和第三微流道

所述SMR实现上述实施例中的第一体声波谐振器的功能，该SMR的结构为上下两层，谐振层和布拉格反射层。从下至上，依次为硅基底、0.65 μm厚度的AlN、1 μm厚度的SiO2、1.3 μm厚度的AlN、1 μm厚度的SiO2、0.7 μm厚度的AlN和1.2 μm厚度的SiO2交替的构成的布拉格反射层，0.6 μm厚度的Mo构成的底电极、1 μm厚度的AlN构成的压电层和为0.3μm厚度的Au构成的顶电极。采用沉积法将金属层依次沉积至硅基底上，形成宽100μm，长400μm的树叶形（或梭形）SMR器件。微流道和SMR器件贴合在一起组成所述微流控芯片。

SMR器件由驱动系统产生的2.5GHz脉冲信号驱动，驱动系统的组成部分有：信号发生器、高功率放大器。同时SMR与信号之间接有射频开关，射频开关由总控芯片控制，总控芯片接收由数据采集芯片采集的光电倍增管（PMT）信号，并根据信号做出判断控制器件的开关。

检测单元的组成：采用基于光学系统的检测单元，可参见图6所示，包括一个最大输出功率50mW，工作波长488nm的半导体激光器、光电倍增管（PMT）、衰减片F1、滤光片F2、F3、小孔光阑、单模光纤、光纤准直器、聚焦透镜L1、L2、L3、分束器D1、D2、M1和照明灯。

微流控芯片由3D打印的夹具夹持在显微镜的载物台上，通过毛细管与注射泵相连。

流体样品：样品中包括活Hela细胞和灭活的Hela细胞，且活细胞经钙黄绿素进行荧光染色。染好色的Hela细胞和灭活后的Hela细胞按各浓度50%的比例制成样品。

二维鞘流聚焦：鞘液采用的是PBS，经多次测试选定了鞘流与样品流的流速为5:1的流速比，在这个流速比下，样品流宽度稳定在15-20μm之间，接近于细胞的直径，因此细胞可以很好地单个排列通过分选区域。

活死细胞分选实验：使用所述样品，基于上述参数进行细胞分选实验。图14显示了活细胞被完整分选的过程，由每10ms拍摄一次的高速相机图像25张叠加而成。未被染色的死细胞先通过激光光斑但并未触发器件开启分选，随后一个荧光细胞通过激光光斑，并被分选至收集通道。在相同条件下进行了五次分选实验。在每个分选实验中，分别采集了至少10张分选前和分选后的图像。图15和图16分别是分选前后的细胞样本的显微照片。分选后的平均Hela细胞的纯度为90%，分选前的初始纯度约为50%，收集到的Hela细胞的存活率高于95%。其中，该实验可达到的最大通量150个粒子每秒。可见，本申请的方案实现了基于体声波声流体通道精确引导分选，具有较高的通量和精度，且系统温和，对细胞损害性很小。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，不限于上述实施例，也可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，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。

所述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。

另外，说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。

在上述的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S10、S20……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请保护范畴。

Claims (10)

1.一种微粒分选装置，其特征在于，包括：

微流道，包括：第一流道，与所述第一流道下游连通的第二流道和第三流道；

微粒聚焦单元，用于使所述第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列并逐一通过下述检测单元；

检测单元，用于对所述队列中的微粒进行检测，以识别出所述队列中包括的第一微粒；

第一体声波谐振器，其可作用范围包括所述队列的至少一部分，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒驱动流向所述第二流道，以及在其未启动时使流经其可作用范围的微粒流向所述第三流道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微粒聚焦单元包括二维鞘流聚焦结构，所述二维鞘流聚焦结构包括连通至所述第一流道上游的鞘流流道和样品流道，通过所述鞘流流道的鞘流将所述样品流道流出的微粒在所述第一微流道中呈所述队列排列。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微粒聚焦单元包括：第二体声波谐振器，其可作用范围包括所述第一流道的至少一部分，用于将流经其可作用范围的所述流体中的微粒捕获、并从所述第二体声波谐振器末端对应位置依次释放，以使所述依次释放的微粒在所述第一微流道中呈队列排列；所述第二体声波谐振器末端位置指所述第二体声波谐振器的本体朝向所述第一流道下游侧的位置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一体声波谐振器的末端呈角设置，用于在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒捕获并由所述第一体声波谐振器的末端对应位置释放，

所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道内，或所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道入口正对的上游位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述第一体声波谐振器用于产生拖拽力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒拖拽到第一位置释放；

所述第一位置位于所述第二流道内，或所述第一位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一体声波谐振器用于产生射流力，所述第一体声波谐振器的位置可使在其启动时将流经其可作用范围的所述第一微粒通过射流力推压到第二位置释放；

所述第二位置位于所述第二流道内，或所述第二位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述第一体声波谐振器本体的形状为正多边形。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述检测单元包括：光学系统检测单元、光电检测单元、电检测单元或图像检测单元。

9.一种微粒分选方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述的微粒分选装置，所述方法包括：

通过微粒聚焦单元使第一微流道中的流体中的微粒呈队列排列；

通过检测单元对所述队列中的微粒进行检测；

当检测单元识别出所述队列中包括的第一微粒时，启动第一体声波谐振器，将流经所述第一体声波谐振器可作用范围的所述第一微粒驱动流向第二流道；

当检测单元识别出所述队列中包括的非第一微粒时，所述第一体声波谐振器处于未启动状态，使流经所述第一体声波谐振器可作用范围的微粒流向第三流道。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将流经所述第一体声波谐振器可作用范围的所述第一微粒驱动流向第二流道，包括以下之一：

所述第一体声波谐振器的末端呈角设置，将流经其可作用范围的所述第一微粒捕获并由所述第一体声波谐振器的末端对应位置释放；所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道内，或所述第一体声波谐振器的末端位于所述第二流道入口正对的上游位置；

所述第一体声波谐振器用于产生拖拽力，将流经其可作用范围的所述第一微粒拖拽到第一位置释放；所述第一位置位于所述第二流道内，或所述第一位置位于所述第二流道入口正对的上游位置；

所述第一体声波谐振器用于产生射流力，将流经其可作用范围的所述第一微粒通过射流力推压到第二位置释放；所述第二位置位于所述第二流道内，或所述第二位置位于所述第二流道入口正对的上游位置。