CN211784638U - 分离芯片组件和分离装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种可以降低过滤分离过程中发生过滤膜堵孔现象的分离芯片组件，包括：分离芯片，所述分离芯片包括样本池和位于所述样本池相对的两侧的第一过滤膜和第二过滤膜，所述第一过滤膜和所述第二过滤膜的孔径均小于所述目标颗粒的粒径；以及振动件，用于向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递振动波。本申请还提供一种具有所述分离芯片组件的分离装置。

Description

分离芯片组件和分离装置

技术领域

本申请涉及生物技术领域，具体地，涉及一种用于分离液体样本中目标颗粒的分离芯片组件和具有上述分离芯片组件的分离装置。

背景技术

外泌体(exosome)是由活细胞持续大量分泌的一种直径为30-150nm的双磷脂膜结构小囊泡，其作为细胞间通信交流的载体携带来源于母细胞的蛋白、核酸、代谢小分子等特异性组分。大量的研究表明，外泌体参与了肿瘤发展的多种事件，包括免疫逃逸、血管生成、肿瘤转移、肿瘤耐药等。外泌体能更早、持续地被癌细胞释放并进入患者血液循环系统，其脂质双层膜结构能够有效保护所携带的蛋白质和包裹的核酸类物质。外泌体广泛且稳定地存在于多种临床样本中，包括血液、尿液、腹水、组织液、眼泪、唾液和脑脊液等。其中血液和尿液中的外泌体数量多、临床取样容易。因此，外泌体被认为是体外诊断研究和肿瘤临床检测领域中的重点研究对象，有望在肿瘤早期诊断、肿瘤转移复发评估、肿瘤异质性评估、动态检测肿瘤发生发展和疗效、耐药突变检测、个性化用药等方面发挥巨大的临床价值。

目前，实现外泌体临床应用的主要障碍是分离过程中发生过滤膜堵孔现象，回收率低、通量低。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提供一种可以降低过滤分离过程中发生过滤膜堵孔现象的分离芯片组件。

另，还有必要提供一种具有所述分离芯片组件的分离装置。

本申请提供一种分离芯片组件，用于从液体样本中分离提纯出目标颗粒，所述分离芯片组件包括：分离芯片，所述分离芯片包括样本池和位于所述样本池相对的两侧的第一过滤膜和第二过滤膜，所述第一过滤膜和所述第二过滤膜的孔径均小于所述目标颗粒的粒径；以及振动件，用于向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递振动波。

在本申请的一些实施方式中，所述分离芯片还包括：第一腔室，所述第一腔室与所述样本池通过所述第一过滤膜相连通，所述第一腔室设置有第一开口，所述第一开口连通所述第一腔室与外界；以及第二腔室，所述第二腔室与所述样本池通过所述第二过滤膜相连通，所述第二腔室设置有第二开口，所述第二开口连通所述第二腔室与外界，其中，所述第一腔室与所述第二腔室分别位于该样本池相对的两侧。

在本申请的一些实施方式中，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一腔室内且固定于所述第一过滤膜，另一所述振动件位于所述第二腔室内且固定于所述第二过滤膜。

在本申请的一些实施方式中，所述分离芯片包括第一侧盖片和第二侧盖片，所述第一侧盖片包括第一盖片本体以及位于所述第一盖片本体相对两侧的第一挡片和第二挡片，所述第一过滤膜固定于所述第一挡片和所述第二挡片之间且与所述第一盖片本体相对，所述第一盖片本体、所述第一挡片、所述第二挡片和所述第一过滤膜共同围设出所述第一腔室，所所述第二侧盖片包括第二盖片本体以及位于所述第二盖片本体相对两侧的第三挡片和第四挡片，所述第三挡片与所述第一挡片相对，所述第四挡片与所述第二挡片相对，所述第二过滤膜固定于所述第三挡片和所述第四挡片之间且与所述第二盖片本体相对，所述第二盖片本体、所述第三挡片、所述第四挡片和所述第二过滤膜共同围设出所述第二腔室，所述样本池位于所述第一过滤膜和所述第二过滤膜之间。

在本申请的一些实施方式中，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一腔室外且固定于所述第一盖片本体，另一所述振动件位于所述第二腔室外且固定于所述第二盖片本体。

在本申请的一些实施方式中，所述第一挡片和所述第三挡片相距设置以限定出与所述样本池连通的加样口，所述分离芯片还包括加样室，所述加样室与所述样本池通过所述加样口连通，所述振动件位于所述加样室内。

在本申请的一些实施方式中，所述第一盖片本体以及所述第二盖片本体上分别延伸形成一第一开口连接块和一第二开口连接块，所述第一开口连接块和所述第二开口连接块中分别开设有一第一通道和一第二通道，所述第一通道和所述第二通道分别与所述第一开口以及所述第二开口对齐且连通，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一通道且经所述第一开口伸入所述第一腔室，另一所述振动件位于所述第二通道且经所述第二开口伸入所述第二腔室。

在本申请的一些实施方式中，所述分离芯片组件还包括用于收容液体的容器，所述分离芯片位于所述容器中，所述振动件固定于所述容器中并用于通过所述液体向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递振动波。

在本申请的一些实施方式中，所述振动件为压电陶瓷驱动器或超声波振动棒，当所述振动件为超声波振动棒时，所述振动件独立于所述分离芯片设置。

本申请还提供一种分离装置，包括如前所述的分离芯片组件。

相较于现有技术，本申请通过设置所述振动件，可以使得所述振动波向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递，从而进一步防止滤膜的膜孔被堵塞，实现高效分离，因此在液体活检过程中可以对循环肿瘤细胞、外泌体等进行快速、高通量的分离提取。

附图说明

图1是本申请一实施方式所提供的分离芯片的结构示意图。

图2是本申请另一实施方式所提供的分离芯片的结构示意图。

图3是本申请又一实施方式所提供的分离芯片的结构示意图。

图4是本申请又一实施方式所提供的分离芯片的结构示意图。

图5是本申请其它实施方式所提供的分离芯片的结构示意图。

图6是本申请一实施方式所提供的分离装置的模块示意图。

主要元件符号说明

分离芯片组件 1

分离芯片 10

第一侧盖片 11

第二侧盖片 12

样本池 13

第一过滤膜 14

第一腔室 15

第二过滤膜 16

第二腔室 17

加样室 18

芯片基底 19

振动件 20

容器 30

变频模块 40

真空系统 50

分离装置 100

第一盖片本体 110

第一挡片 111

第二挡片 112

第一开口连接块 113

第二盖片本体 120

第三挡片 121

第四挡片 122

第二开口连接块 123

加样口 131

第一开口 152

第二开口 172

变频器 410

控制阀 420

第一真空泵 510

第二真空泵 520

第一通道 1130

第二通道 1230

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请的优选实施方式及实施例对本申请的技术方案进行描述。需要说明的是，当一个单元被描述为“连接”于另一个单元，它可以是直接连接到另一个单元或者可能同时存在居中单元。当一个单元被描述为“设置于”另一个单元，它可以是直接设置在另一个单元上或者可能同时存在居中单元。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。在本申请的说明书中所使用的元件或设备的名称只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

本申请实施例提供一种分离芯片组件，该分离芯片组件用于对液体样本中不同尺寸的颗粒进行分离提纯，以得到特定尺寸的目标颗粒。该液体样本可为人体血浆、血清、脑髓液、唾液、尿液以及胃液等。图1是本申请一实施方式所提供的分离芯片10的结构示意图。如图1所示，所述分离芯片组件1包括分离芯片10和振动件20。所述分离芯片10包括样本池13以及位于所述样本池13相对的两侧的第一过滤膜14和第二过滤膜16。所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径均小于目标颗粒的粒径。所述振动件20用于在振动时产生振动波，并向所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16传递所述振动波。

所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16可以是多孔材料，包括但不仅限于多孔陶瓷材料、多孔塑料材料和多孔金属材料。具体地，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16可以分别选自阳极氧化铝膜(AAO)、聚碳酸酯膜、醋酸纤维膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜和聚苯乙烯膜中的一种或几种。更具体地，鉴于阳极氧化铝膜具有较高的孔隙率和较均匀的孔径，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16采用阳极氧化铝膜。

所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径可根据所述液体样本以及目标颗粒的类型进行设计。在一实施方式中，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径在2-20微米之间；较佳地，在5-10微米之间。更具体地，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径为8微米，可以用于分离提纯血浆样本中的循环肿瘤细胞。在另一实施方式中，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径在5-200纳米之间；较佳地，在10-100纳米之间。在一实施例中，所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16的孔径为20纳米，可以用于分离提纯已通过200纳米过滤膜的血浆样本中的外泌体。

进一步地，所述分离芯片10还包括第一腔室15和第二腔室17，所述第一腔室15与所述样本池13通过所述第一过滤膜14相连通，所述第一腔室15设置有第一开口152，所述第一开口152连通所述第一腔室15与外界。所述第二腔室17与所述样本池13通过所述第二过滤膜16相连通，所述第二腔室17设置有第二开口172，所述第二开口172连通所述第二腔室17与外界。其中，所述第一腔室15与所述第二腔室17分别位于该样本池13相对的两侧。

使用所述分离芯片10时，将液体样本加入样本池13，将所述第一开口152和所述第二开口172分别与真空系统50(参图5)相连接。当真空系统50通过所述第一开口152使所述第一腔室15受到抽吸时，所述第一腔室15中产生负压。在所述第一腔室15的负压作用下，样本池13中的液体样本中尺寸小于第一过滤膜14的过滤孔径的组分经由第一过滤膜14流入所述第一腔室15。当真空系统50通过所述第二开口172使所述第二腔室17受到抽吸时，所述第二腔室17中产生负压。在所述第二腔室17的负压作用下，样本池13中的液体样本中尺寸小于第二过滤膜16的过滤孔径的组分经由第二过滤膜16流入所述第二腔室17。反复交替使所述第一腔室15和所述第二腔室17内产生负压，可以有效地使液体样本反复交替地流过第一过滤膜14和第二过滤膜16，使液体样本中尺寸大于第一过滤膜14和第二过滤膜16孔径的组分留在样本池13中。所述分离芯片10的结构设计使吸附于第一过滤膜14和第二过滤膜16表面的组分在反复交替的负压变化中易于从滤膜表面脱落，可以有效地防止滤膜的膜孔被堵塞。

而且，本申请通过设置所述振动件20，可以使得所述振动波向所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16传递，从而进一步防止滤膜的膜孔被堵塞，实现高效分离。

如图1所示，在本实施方式中，所述振动件20的数量为两个。其中一所述振动件20位于所述第一腔室15内且固定于所述第一过滤膜14，另一所述振动件20位于所述第二腔室17内且固定于所述第二过滤膜16。进一步地，所述振动件20可为压电陶瓷驱动器，所述振动件的振动频率为1kHz-10MHz。所述振动件20用于在通入高频交流电时产生振动，从而直接向所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16传递所述振动波，带动所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16振动。制备时，可以将所述振动件20整合至所述分离芯片10上，从而制得所述分离芯片组件1。

所述分离芯片10包括第一侧盖片11和第二侧盖片12。所述第一侧盖片11包括第一盖片本体110以及位于所述第一盖片本体110相对两侧的第一挡片111和第二挡片112，所述第一过滤膜14固定于所述第一挡片111和所述第二挡片112之间且与所述第一盖片本体110相对。所述第一盖片本体110、所述第一挡片111、所述第二挡片112和所述第一过滤膜14共同围设出所述第一腔室15。所述第二侧盖片12包括第二盖片本体120以及位于所述第二盖片本体120相对两侧的第三挡片121和第四挡片122，所述第三挡片121与所述第一挡片111相对，所述第四挡片122与所述第二挡片112相对，所述第二过滤膜16固定于所述第三挡片121和所述第四挡片122之间且与所述第二盖片本体120相对，所述第二盖片本体120、所述第三挡片121、所述第四挡片122和所述第二过滤膜16共同围设出所述第二腔室17。所述样本池13位于所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16之间。

更进一步地，所述分离芯片10还可包括一芯片基底19，所述芯片基底19用于位于所述第二挡片112和所述第四挡片122的一侧，用于支撑所述分离芯片10的其它元件。

所述振动件20并不限于图1中所示出的位置。如图2所示，在另一实施方式中，其中一所述振动件20位于所述第一腔室15外且固定于所述第一盖片本体110，另一所述振动件20位于所述第二腔室17外且固定于所述第二盖片本体120。

所述第一挡片111和所述第三挡片121相距设置以限定出与所述样本池13连通的加样口131。所述分离芯片10还包括加样室18，所述加样室18与所述样本池13通过所述加样口131连通。操作时，将所述液体样本加入所述加样室18中，所述加样口131用于使得所述加样室18内的液体样本能够流出所述加样室18并进入所述样本池13。如图3所示，所述振动件20的数量仅为一个且位于所述加样室18内。使用时，在又一实施方式中，所述振动件20至少部分插入所述加样室18的液体样本中，但是不与所述分离芯片10直接接触(即独立于所述分离芯片10)。所述振动件20可以为超声波振动棒，所述振动件20的振动频率为1kHz-10MHz。所述加样室18的液体样本中的微小气泡核在所述振动件20的超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀后突然闭合，在气泡闭合时产生所述振动波(空化作用)，并传递至所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16。

由于将所述振动件20设置为非接触式振动件，可以使得所述振动件20可以重复使用于不同的分离芯片10上，降低制作成本。

在又一实施方式中，所述第一盖片本体110以及所述第二盖片本体120上分别延伸形成一第一开口连接块113和一第二开口连接块123，所述第一开口连接块113和所述第二开口连接块123中分别开设有一第一通道1130和一第二通道1230，所述第一通道1130和所述第二通道1230分别与所述第一开口152以及所述第二开口172对齐且连通。如图4所示，其中一所述振动件20还可位于所述第一通道1130且经所述第一开口152伸入所述第一腔室15，另一所述振动件20还可位于所述第二通道1230且经所述第二开口172伸入所述第二腔室17。所述振动件20可同样为超声波振动棒，且独立于所述分离芯片10。此时，分离过程中进入所述第一腔室15和所述第二腔室17的液体样本液体中的微小气泡核在所述振动件20的超声波作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速膨胀后突然闭合，在气泡闭合时产生所述振动波，并传递至所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16。

在其它实施方式中，所述振动件20也可以不设置于所述分离芯片10上。如图5所示，所述分离芯片组件1还可包括容器30，所述容器30收容有液体，所述液体也可以为水。所述分离芯片10位于所述容器30中。此时，所述振动件20固定于所述容器30中(如，固定于所述容器30的内壁)，所述振动件20用于通过所述液体向所述第一过滤膜14和所述第二过滤膜16传递所述振动波。其中，所述振动件20可以为压电陶瓷驱动器。

本申请实施方式进一步提供了一种分离装置。图6示出了所述分离装置100的程序模块示意图。所述分离装置100包括如上所述的分离芯片10、真空系统50以及变频模块40。

所述真空系统50用于分别使所述分离芯片10的第一腔室15和第二腔室17产生负压。所述真空系统50可以是两个独立的真空系统，也可以是经过设计的一个真空系统。所述真空系统50也可以包括微型真空泵或微型抽气泵等设备。可以理解的是，所述真空系统50与所述分离芯片10之间可以通过气密性较佳的管道连接。在一实施方式中，所述真空系统50包括第一真空泵510和第二真空泵520，所述第一真空泵510与所述分离芯片10的第一开口152相连接，所述第二真空泵520与所述分离芯片10的第二开口172相连接。

所述变频模块40与所述真空系统50电连接，所述变频模块40可以控制提供给所述真空系统50的电源电压，从而使第一腔室15和第二腔室17内交替产生负压。在一实施方式中，所述变频模块40包括变频器410以及与所述变频器410连接的控制阀420。所述控制阀420可以是液路转换器，包括但不仅限于电磁阀、旋转阀。所述控制阀420分别与所述第一真空泵510以及所述第二真空泵520中的其中一个连通，从而使第一真空泵510和第二真空泵520反复交替工作。例如，将所述控制阀420连通所述第一真空泵510，使得所述变频器410控制所述第一真空泵510运行，通过第一开口152抽气使第一腔室15内产生负压，样本池13中的液体样本中的液体和尺寸小于第一过滤膜14孔径的组分在负压作用下通过第一过滤膜14，进入第一腔室15，与此同时，样本池13中的液体样本在第二过滤膜16处会产生回流(back flow)现象，从而减少或移除粘附于第二过滤膜16的组分，避免过滤分离过程中过滤膜被堵塞的情况发生；然后，所述变频器410控制所述第一真空泵510停止运行；之后，将所述控制阀420切换至与所述第二真空泵520连通，使得所述变频器410控制所述第二真空泵520运行，通过第二开口172抽气使第二腔室17内产生负压，使得样本池13中的液体样本中的液体和尺寸小于第二过滤膜16孔径的组分在负压作用下通过第二过滤膜16，进入第二腔室17，与此同时，样本池13中的液体样本在第一过滤膜14处会产生回流现象，从而减少或移除粘附于第一过滤膜14的组分，避免过滤分离过程中过滤膜被堵塞的情况发生；再之后，所述变频器410控制所述第二真空泵520停止运行；反复上述步骤多次。

可以理解的是，以上实施例仅用来说明本申请，并非用作对本申请的限定。对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请的技术构思做出的其它各种相应的改变与变形，都落在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离芯片组件，用于从液体样本中分离提纯出目标颗粒，其特征在于，所述分离芯片组件包括：

分离芯片，所述分离芯片包括样本池和位于所述样本池相对的两侧的第一过滤膜和第二过滤膜，所述第一过滤膜和所述第二过滤膜的孔径均小于所述目标颗粒的粒径；以及

振动件，用于向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递振动波。

2.如权利要求1所述的分离芯片组件，其特征在于，所述分离芯片还包括：

第一腔室，所述第一腔室与所述样本池通过所述第一过滤膜相连通，所述第一腔室设置有第一开口，所述第一开口连通所述第一腔室与外界；以及

第二腔室，所述第二腔室与所述样本池通过所述第二过滤膜相连通，所述第二腔室设置有第二开口，所述第二开口连通所述第二腔室与外界，其中，所述第一腔室与所述第二腔室分别位于该样本池相对的两侧。

3.如权利要求2所述的分离芯片组件，其特征在于，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一腔室内且固定于所述第一过滤膜，另一所述振动件位于所述第二腔室内且固定于所述第二过滤膜。

4.如权利要求2所述的分离芯片组件，其特征在于，所述分离芯片包括第一侧盖片和第二侧盖片，所述第一侧盖片包括第一盖片本体以及位于所述第一盖片本体相对两侧的第一挡片和第二挡片，所述第一过滤膜固定于所述第一挡片和所述第二挡片之间且与所述第一盖片本体相对，所述第一盖片本体、所述第一挡片、所述第二挡片和所述第一过滤膜共同围设出所述第一腔室，所述第二侧盖片包括第二盖片本体以及位于所述第二盖片本体相对两侧的第三挡片和第四挡片，所述第三挡片与所述第一挡片相对，所述第四挡片与所述第二挡片相对，所述第二过滤膜固定于所述第三挡片和所述第四挡片之间且与所述第二盖片本体相对，所述第二盖片本体、所述第三挡片、所述第四挡片和所述第二过滤膜共同围设出所述第二腔室，所述样本池位于所述第一过滤膜和所述第二过滤膜之间。

5.如权利要求4所述的分离芯片组件，其特征在于，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一腔室外且固定于所述第一盖片本体，另一所述振动件位于所述第二腔室外且固定于所述第二盖片本体。

6.如权利要求4所述的分离芯片组件，其特征在于，所述第一挡片和所述第三挡片相距设置以限定出与所述样本池连通的加样口，所述分离芯片还包括加样室，所述加样室与所述样本池通过所述加样口连通，所述振动件位于所述加样室内。

7.如权利要求4所述的分离芯片组件，其特征在于，所述第一盖片本体以及所述第二盖片本体上分别延伸形成一第一开口连接块和一第二开口连接块，所述第一开口连接块和所述第二开口连接块中分别开设有一第一通道和一第二通道，所述第一通道和所述第二通道分别与所述第一开口以及所述第二开口对齐且连通，所述振动件的数量为两个，其中一所述振动件位于所述第一通道且经所述第一开口伸入所述第一腔室，另一所述振动件位于所述第二通道且经所述第二开口伸入所述第二腔室。

8.如权利要求1所述的分离芯片组件，其特征在于，所述分离芯片组件还包括用于收容液体的容器，所述分离芯片位于所述容器中，所述振动件固定于所述容器中并用于通过所述液体向所述第一过滤膜和所述第二过滤膜传递振动波。

9.如权利要求1所述的分离芯片组件，其特征在于，所述振动件为压电陶瓷驱动器或超声波振动棒，当所述振动件为超声波振动棒时，所述振动件独立于所述分离芯片设置。

10.一种分离装置，其特征在于，包括如权利要求1-9项中任一项所述的分离芯片组件。

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