CN211255889U - 一种三角电极红细胞与血小板微分离装置 - Google Patents
一种三角电极红细胞与血小板微分离装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种三角电极红细胞与血小板微分离装置，包括待分离血液入口、载流体入口、第一缓冲室、第一电极、微流体通道、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极、第七电极、第二缓冲室、红细胞出口、血小板出口。通过在流体通道不同位置施加电极，产生外加电场，驱动血液中红细胞与血小板运动。红细胞与血小板半径不同，导致其受力大小不同，受力方向也不同，基于此，我们分离出不同粒子。本实用新型的优势在于：分离速度快；所需采集血液样品少；不需要分别对红细胞和血小板进行标记，对分离对象损伤小；不需要设计复杂的微流体通道，只通过设计电极就可以实现两种细胞分离。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有新型结构的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其方法为直流介电泳操控技术。
背景技术
微流控芯片以其微型化、便携化、可集成、成本低廉等特点成为研究的热门领域，其所依托的微流控技术已成为应用于机械、生物医学、化学工程、航空航天等多个领域的崭新技术；微流控芯片可应用于生物细胞以及微纳粒子的操控、分离和筛选，尤其是在肿瘤细胞研究、体细胞研究、以及基因组绘制等研究领域具有重要应用；在疾病的诊断和治疗过程中，将目标细胞从其周围的环境中分离出来具有重要意义。
微流控技术中，对微纳粒子和细胞的分离可以分为两类：一类是利用特殊微通道结构及微流体动力学特性进行分离，另一类是利用不同的物理场，对微通道内的物理特性不同的微纳粒子或细胞进行分离；后者对微纳粒子的操控方法主要有流体动力学分离、超声分离、磁场聚集、光镊驱动以及介电泳操控等，其中介电泳操控技术是有望实现微流控芯片的便携化及可集成化的最有效手段之一，成为最有效的微纳颗粒操控技术。
介电泳技术作为一种有效的微纳颗粒操控方法，最早于上世纪五十年代提出，近年来取得了快速发展。其中一种操控方法是设计特殊结构的微电极及微流通道，在微电极上施加一定电压，产生非均匀电场，通过所产生非均匀电场对粒子的介电泳作用，实现对溶液中的微纳粒子的高效、准确、快速的操纵及分离。
按施加电信号的不同，介电泳可分为直流介电泳和交流介电泳；直流介电泳一般采用绝缘障碍物产生介电泳，交流介电泳普遍采用电极设计产生介电泳效果；直流介电泳的应用广泛，但是采用直流电的话容易产生过大的发热量，可能会对细胞造成破坏，相比之下交流电的发热量较小，并且交流电可以减小电泳的影响，本实用新型采用交流介电泳。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种具有新型结构的三角电极红细胞与血小板微分离装置，用于进一步简化电极设计，优化微流通道结构，降低对细胞的损伤，提高红细胞与血小板的分离效率。
本实用新型的技术方案是：一种三角电极红细胞与血小板微分离装置，包括待分离血液入口、载流体入口、第一缓冲室、微流体通道、七个电极、第二缓冲室、红细胞出口、血小板出口；待分离血液从待分离血液入口注入，载流体（氯化钾溶液）从载流体入口注入，待分离血液与载流体交汇后依次流经第一缓冲室、微流体通道、第二缓冲室；分离出的红细胞从红细胞出口流出，血小板从血小板出口流出。
本实用新型的收益在于：相比其他微分离装置，本实用新型为保证较脆弱的红细胞与血小板在流动过程中受到较小的损伤，在待分离血液入口、载流体入口交汇处，将矩形电极进行修正，沿着待分离血液入口的外壁延长线对矩形电极进行切割，形成一定空间，这部分作为第一缓冲室，很好的保证了红细胞与血小板在通过时不会因急剧的结构改变而造成比较大的损伤，从而能够保证所分离出来的细胞结构的完整性；同样的，第二缓冲室由红细胞出口、血小板出口、电极七、微流体通道交汇而成；考虑到芯片加工时的工艺性，该分离装置设计为左右对称结构，且两个入口、两个出口结构相同，电极一和电极七结构相同，电极二、电极三、电极四、电极五和电极六的结构相同且均匀分布于微流体通道上方，保证了红细胞与血小板在流经所述微流体通道时每一阶段都会受到介电泳力，从而保证了分离的质量与效率。
附图说明
图1为三角电极红细胞与血小板微分离装置二维结构示意图，图中各结构包括：待分离血液入口（1），载流体入口（2），第一缓冲室（3），电极一（4），微流体通道（5），电极二（6），电极三（7），电极四（8），电极五（9），电极六（10），电极七（11），第二缓冲室（12），红细胞出口（13），血小板出口（14）。
图 2为三角电极红细胞与血小板微分离装置二维电场线分布图，电场线越密集代表电势越大，电极一（4）、电极三（7）、电极五（9）和电极七（11）施加电势为3V，电极二（6）、电极四（8）和电极六（10）施加电势为-3V，产生微流体通道内空间不均匀电场。
图3为三角电极红细胞与血小板微分离装置分离效果二维图，小直径颗粒为血小板，从上部血小板出口流出，大直径颗粒为红细胞，从下部红细胞出口流出，分离效果符合预期。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
如附图1所示，一种三角电极红细胞与血小板微分离装置，包括待分离血液入口（1）、载流体入口（2）、第一缓冲室（3）、第一电极（4）、微流体通道（5）、第二电极（6）、第三电极（7）、第四电极（8）、第五电极（9）、第六电极（10）、第七电极（11）、第二缓冲室（12）、红细胞出口（13）、血小板出口（14）。
具体的，所述待分离血液入口（1）、载流体入口（2）、微流体通道（5）可以进行同步设计的同时采用微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）微加工工艺进行制作，其是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，操作范围在微米范围内。
具体的，待分离血液从待分离血液入口（1）注入，初始流速为100μm/s；载流体电导率为55mS/m，具体配置方法为取适量的纯净水，向其中加入适量的氯化钾，用电导率仪检测溶液的电导率到达要求即可；载流体从载流体入口注入，初始流速为900μm/s。
具体的，所述微流体通道内空间不均匀电场由不同电极施加不同电势产生，具体为，第一电极（4）、第三电极（7）、第五电极（9）和第七电极（11）施加电势为3V，第二电极（6）、第四电极（8）和第六电极（10）施加电势为-3V，施加的交流电频率为100kHz；空间不均匀电场分布如附图3所示。
具体的，血小板电导率为σ1=0.25S/m，介电常数为50；红细胞电导率为σ1=0.31S/m，介电常数为59；若将红细胞与血小板统一看成是一种微纳颗粒，其在血液中密度为1050kg/m3；血液的动力粘度为0.001Pa·S。
具体的，本实用新型微流体通道长度并不限于此，可以根据实际需要适当缩短或加长其长度，相应减少或增加三角电极个数，以能够满足实际分离需要为标准。
具体的，本实用新型第一缓冲室（3）和第二缓冲室（12）具体结构不应阻碍或过多影响红细胞与血小板介电泳运动，应保证红细胞与血小板在运动过程中受到尽量少的冲击，从而保护比较脆弱的细胞。
上述并不能对本实用新型进行全面限定，其他任何未背离本实用新型技术方案做的改变或等效置换方式，都在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于包括待分离血液入口（1）、载流体入口（2）、第一缓冲室（3）、第一电极（4）、微流体通道（5）、第二电极（6）、第三电极（7）、第四电极（8）、第五电极（9）、第六电极（10）、第七电极（11）、第二缓冲室（12）、红细胞出口（13）、血小板出口（14）；待分离血液从待分离血液入口（1）注入，氯化钾溶液作为载流体从载流体入口（2）注入；待分离血液与载流体交汇后依次流经第一缓冲室（3）、微流体通道（5）、第二缓冲室（12）；分离出的红细胞从红细胞出口（13）流出，血小板从血小板出口（14）流出。
2.根据权利要求1所述的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于：待分离血液入口（1）、载流体入口（2）、微流体通道（5）、红细胞出口（13）和血小板出口（14）采用聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯，利用模板热压法或模板浇注法标准技术制成。
3.根据权利要求1所述的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于：微流体通道（5）的三维结构长度为560μm，宽度为50μm，高度为50μm；该分离装置为左右对称结构，其总长为832μm；第二电极（6）、第三电极（7）、第四电极（8）、第五电极（9）和第六电极（10）的宽度与微流体通道（5）宽度相等，均匀分布于微流体通道（5）上方；第一电极（4）和第七电极（11）的宽度与微流体通道（5）宽度相等，分别位于微流体通道（5）两端。
4.根据权利要求1所述的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于：第一电极（4）和第七电极（11）为矩形电极，第二电极（6）、第三电极（7）、第四电极（8）、第五电极（9）和第六电极（10）为三角形电极；其二维结构在水平方向上的尺度关系为，矩形电极宽：三角形电极宽：电极间距=1：1：1；在垂直方向上的尺度关系为，矩形电极高：三角形电极高=1：1。
5.根据权利要求1所述的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于：第一缓冲室（3）由待分离血液入口（1）、载流体入口（2）、第一电极（4）、微流体通道（5）交汇而成；第二缓冲室（12）由红细胞出口（13）、血小板出口（14）、第七电极（11）、微流体通道（5）交汇而成。
6.根据权利要求1所述的三角电极红细胞与血小板微分离装置，其特征在于：待分离血液入口（1）和血小板出口（14）的轴线与微流体通道（5）的轴线夹角为45°；载流体入口（2）和红细胞出口（13）的轴线与微流体通道（5）的轴线夹角为45°；待分离血液入口（1）和载流体入口（2）、红细胞出口（13）和血小板出口（14）在几何结构上分别关于微流体通道（5）的轴线对称。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112034029A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 华南师范大学 | 微流体介电泳分离装置及微流体介电泳分离装置制作方法 |
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2019
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| CN112034029A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-04 | 华南师范大学 | 微流体介电泳分离装置及微流体介电泳分离装置制作方法 |
| CN112034029B (zh) * | 2020-09-11 | 2022-12-20 | 华南师范大学 | 微流体介电泳分离装置及微流体介电泳分离装置制作方法 |
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