CN212514272U - 基于微流控芯片的细胞检测装置及细胞分类检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于微流控芯片的细胞检测装置及细胞分类检测系统，涉及细胞检测技术领域，本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置包括微流控芯片、光源和图像采集设备，所述微流控芯片上设置有观察窗，所述光源用于照射观察窗，所述图像采集设备用于采集光源照射下细胞流经观察窗时的图像。本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置不仅结构简单，操作方便，无需专业人士操作，而且普适性强，能够通过图像采集设备拍摄的图像对多种细胞进行分类，有效提高了细胞分类的检测效率，降低了检测成本。

Description

基于微流控芯片的细胞检测装置及细胞分类检测系统

技术领域

本实用新型涉及细胞检测技术领域，尤其是涉及一种基于微流控芯片的细胞检测装置及细胞分类检测系统。

背景技术

现阶段，主要采用离心法、膜滤法和流式细胞术对细胞进行分类，其中，离心法分类是利用不同尺寸和密度的细胞在离心场中沉降行为的不同，从组织匀浆或血液中将不同细胞分类的技术，但离心法存在成本太高，耗时太久，需要制备介质溶液，操作严格，不易控制的问题；膜滤法是用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性(孔径大小)，以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些特定类型的细胞透过而保留其他类型细胞，从而达到分离目的细胞分类技术，但薄膜法存在薄膜的制备过于复杂，不同薄膜对于实验环境的要求不同，薄膜的使用寿命短，普适性差；而流式细胞法是以荧光素标记抗体结合相应细胞，用激光束激发单行流动的细胞，根据细胞所携带的荧光对细胞进行自动分析或分选，其整体系统复杂，价格昂贵，需要专业人员进行操作，不适合实验室便捷使用。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种基于微流控芯片的细胞检测装置，以缓解离心法、膜滤法和流式细胞法进行细胞分类时操作要求高，普适性差的技术问题。

本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置，包括微流控芯片、光源和图像采集设备，所述微流控芯片上设置有观察窗，所述光源用于照射观察窗，所述图像采集设备用于采集光源照射下细胞流经观察窗时的图像。

进一步的，所述微流控芯片包括加样区、检测区和废液区，所述加样区、所述检测区和所述废液区依次连通，所述观察窗设置于所述检测区。

进一步的，所述微流控芯片还设置有过滤区，所述过滤区设置于所述加样区与所述检测区之间，所述过滤区的一端与所述加样区相连通，所述过滤区的另一端与所述检测区相连通。

进一步的，所述检测区包括微管道，所述微管道的直径为10μm-4mm。

进一步的，所述图像采集装置包括摄像头、摄像机和相机中的至少一种。

进一步的，所述光源包括白炽光源、HID光源、荧光光源和LED光源中的至少一种。

进一步的，所述光源与所述观察窗之间设置有第一透镜和第一滤色片。

进一步的，所述图像采集设备与所述观察窗之间设置有第二透镜和第二滤色片。

进一步的，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源为LED光源，所述第二光源为荧光光源。

本实用新型的目的之二在于提供一种细胞分类检测系统，包括上述目的之一种提供的基于微流控芯片的细胞检测装置。

本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置不仅结构简单，操作方便，无需专业人士操作，而且普适性强，能够通过图像采集设备拍摄的图像对多种细胞进行分类，有效提高了细胞分类的检测效率，降低了检测成本。

本实用新型提供的细胞分类检测系统，通过采用本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置进行细胞检测，不仅普适性强，能够对多种细胞进行分类检测，而且操作方便，提高了检测效率高，降低了检测成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的基于微流控芯片的细胞检测装置的结构示意图；

图2为图1中微流控芯片的结构示意图。

图标：100-微流控芯片；101-观察窗；102-加样区；103-检测区；104-废液区；200-光源；201-第一透镜；202-第一滤色片；300-图像采集设备；301-第二透镜；302-第二滤色片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

现有细胞一般采用流式细胞仪进行分类检测，具体操作包括如下步骤：将待测细胞经荧光染料染色后，在一定压力下被鞘液包裹进行流入室，排成单列的细胞，由流动室的喷嘴喷出而成为细胞液流，并于入射激光束相交。细胞被激发而产生荧光，由放在与入射的激光束和细胞液流，并与入射激光束相交，细胞被激发而产生荧光，采用光学系统分别收集细胞产生的前向角散射光和侧向角散射光，通过将前向角散射光和侧向角散射光进行算法处理，并综合分析将细胞分类。

但是流式细胞仪整体系统复杂，价格昂贵，需要专业人员进行操作，不适合实验室便捷使用。

微流控芯片技术是在微米尺寸的管道中处理或者操纵微量流体的新技术，可以将生物、化学和医学分析过程的样品制备、反应、分离和检测等基本操作集成到一块微米尺寸的芯片上，具有高度集成、高效率、低消耗以及低成本等优势。微流控芯片技术广泛应用于体外诊断、核酸检测以及药物筛选等生物医疗领域，目前仍未见到将微流控芯片用于细胞分类检测的报道。

根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种基于微流控芯片的细胞检测装置，包括微流控芯片、光源和图像采集设备，微流控芯片上设置有观察窗，光源用于照射观察窗，图像采集设备用于采集光源照射下细胞流经观察窗时的图像。

本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置不仅结构简单，操作方便，无需专业人士操作，而且普适性强，能够通过图像采集设备拍摄的图像对多种细胞进行分类，有效提高了细胞分类的检测效率，降低了检测成本。

在本实用新型的一种优选实施方式中，微流控芯片包括加样区、检测区和废液区，加样区、检测区和废液区依次连通，在检测区上设置有观察窗。

在本实用新型的一种优选实施方式中，加样区用于加入待测细胞，可以设置成圆形或椭圆形的腔体结构，也可以设置成其它形状。

在本实用新型的一种优选实施方式中，检测区设置于加样区和废液区之间，呈微管道状，所述微管道的直径为10μm-4mm。

典型但非限制性的，微管道的直径如为10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、30μm、50μm、80μm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm。

在本实用新型的一种优选实施方式中，加样区与检测区之间设置有过滤区，以将待测细胞中的杂质去除，提高检测结果的准确性。

在本实用新型的一种优选实施方式，过滤区由滤纸组成，滤纸根据待测物的不同选择不同的型号。

在本实用新型的进一步优选实施方式中，过滤区可以由阵列排布的微柱组成，微柱直径为1μm-2mm，相邻微柱之间的距离为10μm-5mm。

典型但非限制性的，微柱直径如为1μm、2μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、30μm、50μm、80μm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm。

典型但非限制性的，相邻微柱之间的距离为10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、30μm、50μm、80μm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm。

在本实用新型的一种优选实施方式中，废液区用于储存检测后的细胞废液，其形状不限。

在本实用新型的一种优选实施方式中，观察窗设置于检测区，以利于图像采集设备能够通过观察窗采集到细胞流经检测区时的图像，以根据细胞的图像将细胞分类。

在本实用新型的一种优选实施方式中，图像采集设备用于采集细胞流经观察窗时的荧光图像和形态图像。

在本实用新型的上述优选实施方式中，形态图像指的是能够获知细胞形态(如尺寸、形状、纹理、透明度等)的图像，如数码相机拍摄的图像等。

通过采集某一细胞流经观察窗时的荧光图像，通过计算能够得到该细胞流经观察窗时的荧光强度，通过采集该细胞流经观察窗时的形态图像，能够得到该细胞的尺寸等形态信息，综合分析该细胞流经观察窗时的荧光强度和尺寸，将该细胞分类。

在本实用新型的一种优选实施方式中，图像采集设备包括摄像头、摄像机和相机中的至少一种。

“上述至少一种”指的是图像采集设备可以为摄像头、摄像机和相机中的任意一种，也可以为上述任意两种或两种以上设备的组合。

在本实用新型的一种优选实施方式中，光源包括白炽光源、HID光源、荧光光源和LED光源中的至少一种。

上述“至少一种”指的是光源可以为白炽光源、HID光源、荧光光源或LED光源，也可以为上述光源中的两种或两种以上光源组合使用。

上述HID光源指的是高压气体放电光源，LED光源指的是发光二级管光源。

在本实用新型的一种优选实施方式中，图像采集设备拍摄细胞流经观察窗时的图像时，可以在同一光源照射下，既拍摄荧光图像又拍摄形态图像，也可以在不同光源的照射下，分别拍摄荧光图像和形态图像。

在本实用新型的一种优选实施方式中，光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源为LED光源，所述第二光源为荧光光源。

当LED光源照射观察窗时，图像采集设备拍摄细胞流经观察窗时的形态图像，当荧光光源照射观察窗时，图像采集设备拍摄细胞流经观察窗时的荧光图像。当LED光源照射观察窗时，采用图像采集设备拍摄得到的形态图像更加清晰，通过形态图像能够得到更准确的细胞尺寸等形态信息，当采用荧光光源照射观察窗时，在荧光光源的激发下，细胞的荧光强度更强，得到的荧光图像更为清晰，从而更有效提高细胞分类的准确性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，微流控芯片的细胞检测装置中，光源与观察窗之间设置有第一透镜和第一滤色片。

通过在光源与观察窗之间设置有第一透镜和第一滤色片，以进一步提高光源的抗干扰能力，减小发散角和提高照明效果。

在本实用新型的一种优选实施方式中，图像采集设备与观察窗之间设置有第二透镜和第二滤色片。

通过在图像采集设备与观察窗之间依次设置有第二透镜和第二滤色片，以进一步减少干扰，提高检测的准确度。

根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了上述第一方面提供的基于微流控芯片的细胞检测装置在细胞分类检测中的应用。

需要说明的是，本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置不仅能够进行细胞分类的检测，还能够进行精子、染色体和细菌等生物体的分类检测。

本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置用于细胞分类检测时，普适性强，检测操作便捷，能够有效提高细胞分类的检测效率，降低检测成本。

根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种细胞分类检测方法，包括如下步骤：

将细胞加入到微流控芯片中，图像采集设备采集光源照射下细胞流经观察窗时的图像，分析图像采集设备采集到的细胞图像，将细胞分类。

本实用新型提供的细胞分类检测方法，通过采用本实用新型提供的基于微流控芯片的细胞检测装置进行检测不仅普适性强，能够对多种细胞进行分类检测，而且操作方便，提高了检测效率高，降低了检测成本。

在本实用新型的一种优选实施方式中，细胞为荧光染色后的细胞。

通过将细胞进行荧光染色后再加入微流控芯片中，以利于图像采集设备能够在光源照射下，通过观察窗拍摄到细胞流经观察窗时清晰的荧光图像和形态图像。

在本实用新型的一种实施方式中，细胞按照如下步骤进行荧光染色：

(1)取100μL细胞悬液(细胞密度约1×10⁶个细胞)；

(2)加入相应量的异硫氰酸荧光素或藻红蛋白标记的特异性荧光直标单抗；

(3)室温下避光反应一定时间(时间长短根据试剂说明书要求进行)，一般在室温下反应15-30min即可；

(4)加入500μL磷酸缓冲液重悬成单细胞悬液，即完成细胞染色，能够直接加入微流控芯片中进行检测。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在进行细胞分类检测时，采用图像采集设备分别采集细胞流经观察窗时的荧光图像和形态图像，根据细胞在荧光图像中的荧光强度和在形态图像中的细胞尺寸，将细胞分类。

在本实用新型的一种具体实施方式中，进行细胞分类检测按照如下步骤进行：

(1)将荧光染色后的细胞加入微流控芯片中，荧光染色后的细胞从加样区流向检测区，在流经检测区上的观察窗时，在荧光照射下，图像采集装置拍摄荧光图片L，然后迅速切换至LED光源照射观察窗，图像采集装置拍摄荧光染色后的细胞流经观察窗时的形态图像F；

(2)将荧光图像L和形态图像F综合分析，通过荧光图像L中某一特定细胞对应的亮度可以得到该细胞的荧光强度，用sf1表示，同时从同一细胞在形态图像F中对应的形态图像，可以得到该细胞的尺寸，用fsc表示。

(3)以荧光强度为横坐标，以细胞尺寸为纵坐标，建立二维散点图，根据检测细胞的荧光强度和细胞尺寸将多个检测细胞标注在二维散点图的不同位置，由于不同种类细胞的荧光强度和细胞尺寸不同，其在二维三点图中的位置也不相同，从而可以根据某特定检测细胞在二维散点图中的位置，将细胞分类。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在进行未知细胞的分类检测前，可以先测定不同种类已知细胞的荧光强度和细胞尺寸，建立以荧光强度为横坐标，以细胞尺寸为纵坐标的多种已知细胞的二维散点图库，然后在检测未知种类细胞的种类时，通过该未知种类细胞的在二维散点图中的位置，即可清楚确定该未知细胞的类型。

下面结合实施例对本实用新型提供的技术方案做进一步的描述。

实施例1

图1为本实用新型实施例1提供的基于微流控芯片的细胞检测装置，如图1所示，本实施例提供的基于微流控芯片100的细胞检测装置包括微流控芯片100、光源200和图像采集设备300，微流控芯片100上设置有观察窗101，光源200用于照射观察窗101，图像采集设备300用于采集光源200照射下细胞流经观察窗101时的图像。

本实施例提供的基于微流控芯片100的细胞检测装置不仅结构简单，操作方便，无需专业人士操作，而且普适性强，能够通过图像采集设备300拍摄的图像对多种细胞进行分类，有效提高了细胞分类的检测效率，降低了检测成本。

图2为本实施例提供的基于微流控芯片100的细胞检测装置中微流控芯片100的结构示意图，如图2所示，在本实施例的一种优选实施方式中，微流控芯片100包括加样区102、检测区103和废液区104，加样区102、检测区103和废液区104依次连通，观察窗101设置于检测区103。

如图2所示，在本实施的一种优选实施方式中，检测区103呈微管道状，该微管道的直径为10μm-4mm。

典型但非限制性的，微管道的直径如为10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、30μm、50μm、80μm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm。

在本实施例的一种优选实施方式中，加样区102与检测区103之间还可以设置过滤区，以将待测细胞中的杂质去除，提高检测结果的准确性。

在本实施例的一种优选实施方式中，过滤区由滤纸组成，滤纸根据待测物的不同选择不同的型号。

在本实施例的一种优选实施方式中，图像采集设备300既可以拍摄细胞流经观察窗101时的荧光图像，也可以拍摄细胞流经观察窗101时的形态图像。

上述形态图像指的是能够清楚获知细胞形态(如尺寸、形状、纹理、透明度等信息)的图像，如数码相机拍摄的图像等。

在本实施例的一种优选实施方式中，光源200选自白炽光源200、HID光源200、荧光光源200和LED光源200中的至少一种。

在本实施例中，图像采集设备300拍摄细胞流经观察窗101时的图像时，可以在同一光源200照射下，既拍摄荧光图像又拍摄形态图像，也可以在不同光源200的照射下，分别拍摄荧光图像和形态图像。

在本实施例的一种优选实施方式中，光源200与观察窗101之间设置有第一透镜201和第一滤色片202。

通过在光源200与观察窗101之间设置有第一透镜201和第一滤色片202，以进一步提高光源200的抗干扰能力，减小发散角和提高照明效果。

在本实施例的一种优选实施方式中，图像采集设备300与观察窗101之间设置有第二透镜301和第二滤色片302。

通过在图像采集设备300与观察窗101之间依次设置有第二透镜301和第二滤色片302，以进一步减少干扰，提高检测的准确度。

在本实施例的一种优选实施方式中，光源200包括第一光源和第二光源，其中第一光源为LED光源，第二光源为荧光光源。当LED光源照射观察窗101时，图像采集设备300拍摄细胞流经观察窗101时的形态图像，当荧光光源照射观察窗101时，图像采集设备300拍摄细胞流经观察窗101时的荧光图像。当LED光源照射观察窗101时，采用图像采集设备300拍摄得到的形态图像更加清晰，通过形态图像能够得到更准确的细胞尺寸等形态信息，当采用荧光光源照射观察窗101时，在荧光光源的激发下，细胞的荧光强度更强，得到的荧光图像更为清晰，从而有效提高细胞分类的准确性。

实施例2

本实施例提供了一种细胞分类的检测方法，采用本实用新型实施例1提供的基于微流控芯片的细胞检测装置进行细胞分类检测，具体包括如下步骤：

(1)将荧光染色后的细胞加入微流控芯片中，荧光染色后的细胞从加样区流向检测区，在流经检测区上的观察窗时，在荧光照射下，图像采集装置拍摄荧光图片L，然后迅速切换至LED光源照射观察窗，图像采集装置拍摄荧光染色后的细胞流经观察窗时的形态图像F，其中，采用常规方式对细胞进行染色，得到荧光染色后的细胞，在此不再赘述；

(2)将荧光图像L和形态图像F综合分析，通过荧光图像L中某一特定细胞对应的亮度可以得到该细胞的荧光强度，用sf1表示，同时从同一细胞在形态图像F中对应的形态图像，可以得到该细胞的尺寸，用fsc表示。

(3)以荧光强度为横坐标，以细胞尺寸为纵坐标，建立二维散点图，根据检测细胞的荧光强度和细胞尺寸将多个检测细胞标注在二维散点图的不同位置，由于不同种类细胞的荧光强度和细胞尺寸不同，其在二维散点图中的位置也不相同，从而根据某特定检测细胞在二维散点图中的位置，将细胞准确分类。

在本实施例的一种优选实施方式中，在进行未知细胞的分类检测前，先测定不同种类已知细胞的荧光强度和细胞尺寸，建立以荧光强度为横坐标，以细胞尺寸为纵坐标的多种已知细胞的二维散点图库，然后在检测未知种类细胞的种类时，通过该未知种类细胞的在二维散点图中的位置，即可清楚确定该未知细胞的类型。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，包括微流控芯片、光源和图像采集设备，所述微流控芯片上设置有观察窗，所述光源用于照射观察窗，所述图像采集设备用于采集光源照射下细胞流经观察窗时的图像；

所述微流控芯片包括加样区、检测区和废液区，所述加样区、所述检测区和所述废液区依次连通，所述观察窗设置于所述检测区；

所述微流控芯片还设置有过滤区，所述过滤区设置于所述加样区与所述检测区之间，所述过滤区的一端与所述加样区相连通，所述过滤区的另一端与所述检测区相连通；

过滤区由阵列排布的微柱组成，微柱直径1μm-2mm，相邻微柱之间的距离为10μm-5mm。

2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述检测区包括微管道，所述微管道的直径为10μm-4mm。

3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述图像采集设备包括摄像头、摄像机和相机中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述光源包括白炽光源、HID光源、荧光光源和LED光源中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述光源与所述观察窗之间设置有第一透镜和第一滤色片。

6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述图像采集设备与所述观察窗之间设置有第二透镜和第二滤色片。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于微流控芯片的细胞检测装置，其特征在于，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源为LED光源，所述第二光源为荧光光源。

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