CN218573685U - 微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微流控芯片，涉及样品分离技术领域；微流控芯片包括基片；分离结构，设置于所述基片上，用于从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，所述分离结构包括依次连通的至少两个富集分离结构，且相邻两个富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小；本申请实施例能够从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，且能够实现高通量的目标和有效减少杂质以提高目标颗粒的纯度。

Description

微流控芯片

技术领域

本申请涉及样品分离技术领域，特别是涉及一种微流控芯片。

背景技术

对于目标颗粒分离方法和装置有很多，但在实际应用中，绝大多数仅能用于分离稀释过的样品中的颗粒，但通过这种方式分离得到的目标颗粒仍含有较多杂质。对于未经过稀释等任何前处理的待处理样品，相关技术中，难以从该待处理样品中分离出目标颗粒；而特别是对于一些能够实现较高纯度分离出目标颗粒的技术，往往通量很低，也就是单位时间内能够处理的样品量很少。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，提出一种微流控芯片，能够从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，且能够实现高通量的目标和有效减少杂质以提高目标颗粒的纯度。

根据本申请实施例的微流控芯片，其包括：基片；分离结构，设置于所述基片上，用于从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，所述分离结构包括依次连通的至少两个富集分离结构，且相邻两个所述富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小。

根据本申请的上述实施例，至少具有如下有益效果：本申请的微流控芯片包括基片和分离结构。通过将未稀释的待处理样品注入到分离结构中，以使得待处理样品经过依次连通的富集分离结构后实现颗粒的筛选和分离，从而得到目标颗粒。本申请实施例通过依次连通的至少两个富集分离结构，且设置相邻两个富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小，从而能够有效减小下游样品的处理压力，从而提高通量，与相关技术相比，本申请实施例能够从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，且能够实现高通量的目标和有效减少杂质以提高目标颗粒的纯度。

根据本申请的一些实施例，所述微流控芯片设有入口通道，所述入口通道与位于最前方的所述富集分离结构连通，且所述入口通道内靠近所述富集分离结构的一侧设有若干过滤柱，所述入口通道用于接收所述未稀释的待处理样品。

根据本申请的一些实施例，所述富集分离结构包括第一富集分离结构、第二富集分离结构和第三富集分离结构，所述入口通道与所述第一富集分离结构连通，所述第二富集分离结构设置于所述第一富集分离结构和所述第三富集分离结构之间，所述第三富集分离结构用于分离得到所述目标颗粒。

根据本申请的一些实施例，所述第一富集分离结构包括有分离节，所述分离节设置有第一主通道和若干侧通道，所述侧通道分别设置于所述第一主通道的两侧并与所述第一主通道连通，且所述侧通道沿所述第一主通道的流通方向排列分布，所述第一主通道的宽度大于所述侧通道的宽度；所述第一主通道的一端与所述入口通道连通，另一端与所述第二富集分离结构连通。

根据本申请的一些实施例，还包括稀释混合结构，所述稀释混合结构设有第二主通道、稀释通道和混合节，所述第二主通道的一端与所述第一主通道的另一端连通，所述第二主通道的另一端与所述混合节连通，所述稀释通道与所述混合节连通且所述稀释通道靠近所述第二主通道设置，所述混合节与所述第二富集分离结构连通；沿所述第二主通道的流通方向，所述混合节的每一处的通道的宽度均大于或者等于预设倍数的所述第二主通道的宽度。

根据本申请的一些实施例，所述分离节至少设置有两个，所述分离节依次连通设置于所述入口通道与所述稀释混合结构之间；沿所述第一主通道的流通方向，前一所述分离节的第一主通道的横截面积大于后一所述分离节的第一主通道的横截面积。

根据本申请的一些实施例，所述第一富集分离结构还设有第一回收通道，所述第一回收通道设置于所述侧通道远离所述第一主通道的一侧，所述第一回收通道与每一所述侧通道连通，且所述第一回收通道靠近所述入口通道的一端与所述侧通道垂直设置或倾斜设置，所述第一回收通道远离所述入口通道的另一端与所述侧通道垂直设置。

根据本申请的一些实施例，所述第二富集分离结构与所述第一富集分离结构的构造相同，其中，所述第二富集分离结构的第一主通道的横截面积大于所述第一富集分离结构的第一主通道的横截面积。

根据本申请的一些实施例，所述第三富集分离结构设置有第三主通道、鞘液通道和分流通道，所述第三主通道的一端与所述第二富集分离结构连通，所述鞘液通道与所述第三主通道连通且所述鞘液通道靠近所述第三主通道的所述一端设置，所述第三主通道的另一端与所述分流通道连通，所述分流通道用于分离得到所述目标颗粒。

根据本申请的一些实施例，所述微流控芯片还包括盖片，所述盖片盖设在所述基片设置有所述分离结构的一面上。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例的微流控芯片的结构示意图；

图2为图1所示的入口通道的结构示意图；

图3为图1所示的第一富集分离结构的结构示意图；

图4为图1所示的分离节的结构示意图；

图5为图1所示的稀释混合结构的结构示意图；

图6为图1所示的第三富集分离结构的结构示意图；

图7为本申请另一实施例的微流控芯片的结构示意图；

图8为本申请另一实施例的微流控芯片的结构示意图；

图9为本申请另一实施例的微流控芯片的结构示意图。

附图标记：

微流控芯片100、基片101、

入口通道110、过滤柱111、

第一富集分离结构200、分离节210、第一主通道220、侧通道230、分离柱231、连接通道240、第一回收通道250、

稀释混合结构300、第二主通道310、稀释通道320、混合节330、

第二富集分离结构400、稀释混合通道410、

第三富集分离结构500、第三主通道510、鞘液通道520、分流通道530、反向流通道531、增宽通道532、第二回收通道533、目标分离通道534、第一血液回收区535、鞘液回收区536、第二血液回收区537、循环肿瘤细胞回收区538。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二等词只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

对于目标颗粒分离方法和装置有很多，但在实际应用中，绝大多数仅能用于分离稀释过的样品中的颗粒，但通过这种方式分离得到的目标颗粒仍含有较多杂质。对于未经过稀释等任何前处理的待处理样品，相关技术中，难以从该待处理样品中分离出目标颗粒；而特别是对于一些能够实现较高纯度分离出目标颗粒的技术，往往通量很低，也就是单位时间内能够处理的样品量很少。

基于此，本申请实施例提供一种微流控芯片，能够从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，且能够实现高通量的目标和有效减少杂质以提高目标颗粒的纯度。

下面参照图1至图9描述本申请的微流控芯片100。

参照图1，根据本申请实施例的微流控芯片100，包括：基片101；分离结构，设置于基片101上，用于从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，分离结构包括依次连通的至少两个富集分离结构，且相邻两个富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小。

示例性地，富集分离结构能够用于从待处理样品中分离非目标颗粒，以减小下游结构的样品例如细胞处理压力，以起到预处理的作用。

本申请的微流控芯片100包括基片101和分离结构。通过将未稀释的待处理样品注入到分离结构中，以使得待处理样品经过依次连通的富集分离结构后实现颗粒的筛选和分离，从而得到目标颗粒。本申请实施例通过依次连通的至少两个富集分离结构，且设置相邻两个富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小，从而能够有效减小下游样品的处理压力，从而提高通量，与相关技术相比，本申请实施例能够从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，且能够实现高通量的目标和有效减少杂质以提高目标颗粒的纯度。

本申请实施例以微流控芯片100来实现对目标颗粒的分离。示例性地，可以采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯、玻璃、硅片等能够制作出微流控通道的材料来制作微流控芯片100。

相关技术中的分离循环肿瘤细胞的方法，难以同时实现高通量、高纯度、高回收率、高活性地从未经过稀释等任何前处理的待处理样品(例如全血液样品)中富集和分离出目标颗粒(例如循环肿瘤细胞)。由此，本申请实施例提供一种微流控芯片100，能够同时实现高通量、高纯度、高回收率、高活性地从未经过稀释等任何前处理的待处理样品(例如全血液样品)中富集和分离出目标颗粒(例如循环肿瘤细胞)。

可以理解的是，微流控芯片100设有入口通道110，入口通道110与位于最前方的富集分离结构连通，且入口通道110内靠近富集分离结构的一侧设有若干过滤柱111，入口通道用于接收未稀释的待处理样品。

具体地，可通过外部设备将未经过稀释等任何前处理的待处理样品(例如全血液样品)从入口通道110注入到微流控芯片100中，即待处理样品自入口通道110进入到第一富集分离结构200中。

示例性地，可以通过入口通道110与管道、注射器、蠕动泵、注射泵等外部设备相连接，进而实现待处理样品的注入。如图1、图2或图7所示，入口通道110内靠近第一富集分离结构200的一侧设有若干过滤柱111，过滤柱111成阵列间隔设置于入口通道110内(例如过滤柱111设置成两排或两列)，相邻两个过滤柱111之间形成有过滤通道，过滤通道用于过滤待处理样品(例如全血液样品)中可能存在的体积较大的血栓、细胞团等，防止其进入下游的富集分离结构造成堵塞。同一列的相邻两个过滤柱111之间的间隔距离(即过滤通道的宽度)可以设置为所要分离的目标颗粒(例如循环肿瘤细胞)的粒径的2-5倍。

参照图1，可以理解的是，富集分离结构包括第一富集分离结构200、第二富集分离结构400和第三富集分离结构500，入口通道110与第一富集分离结构200连通，第二富集分离结构400设置于第一富集分离结构200和第三富集分离结构500之间，第三富集分离结构500用于分离得到目标颗粒。

第一富集分离结构200用于从待处理样品(例如全血液样品)中分离出第一类物质，得到第二类物质，例如从全血液样品中将大量红细胞、血小板和粒径较小的白细胞以及血浆分离出去；

第二富集分离结构400用于从第二类物质中分离出第三类物质，得到第四类物质，例如从经过第一富集分离结构200分离得到的第二类物质中，进一步过滤掉红细胞、血小板和粒径较小的白细胞以及已经被稀释过的血浆；

第三富集分离结构500用于从第四类物质中分离得到目标颗粒，例如第三富集分离结构500能够将循环肿瘤细胞与血细胞彻底分离，从而分离得到循环肿瘤细胞。

如图4所示，第一富集分离结构200包括有分离节210，分离节210设置有第一主通道220和若干侧通道230，侧通道230分别设置于第一主通道220的两侧并与第一主通道220连通，且侧通道230沿第一主通道220的流通方向排列分布，第一主通道220的宽度大于侧通道230的宽度；第一主通道220的一端与入口通道110连通，另一端与第二富集分离结构400连通。

示例性地，本申请实施例的第一富集分离结构200的分离节210的个数可以增加或减少，例如，分离节210至少设置为1个。且每个分离节210对应的侧通道230的个数可以增加或减少，具体根据微流控芯片100的尺寸和待处理样品(例如全血液样品)的样品量等情况进行调整，对此不作具体限定。

示例性地，分离节210的第一主通道220的两侧分别设有一排侧通道230阵列，即若干侧通道230沿第一主通道220的流通方向排列分布。

参照图4，一些实施例中，第一富集分离结构200可设有若干分离柱231，分离柱231沿第一主通道220的流通方向排列分布，以使得相邻两个分离柱231之间形成有侧通道230。例如，分离柱231一般采用正方形结构，为了创造第一富集分离结构200的第一回收通道250一侧的较低的液压环境，分离柱231的边长一般为分离柱231间隔距离(即侧通道230的宽度)的10倍左右。例如，沿第一主通道220的流通方向，相邻两个分离柱231之间的间隔距离(即侧通道230的宽度)为10微米时，分离柱231的边长可以设置为100微米，本申请实施例对此不作具体限定。

需要说明的是，相邻两个分离柱231之间的间隔距离，即侧通道230的宽度可根据待分离的不同类型的目标颗粒即循环肿瘤细胞的粒径而确定，分离原则是能够使血液成分通过而不能使循环肿瘤细胞通过，例如所要分离的循环肿瘤细胞的粒径为20微米，则相邻两个分离柱231之间的间隔距离(即侧通道230的宽度)应小于20微米，通常设置为10-15微米，以确保循环肿瘤细胞不会穿过分离柱231而进入第一回收通道250即血液回收区中。另一些实施例中，例如获取不含有任何血细胞的血浆成分，则相邻两个分离柱231之间的间隔距离(即侧通道230的宽度)应设置为1微米左右(即血小板、红细胞、白细胞、循环肿瘤细胞等均不能通过侧通道230)；又例如获取含有血小板的血浆成分，则相邻两个分离柱231之间的间隔距离(即侧通道230的宽度)应设置为3至5微米左右(即侧通道230可以使血小板通过，但不能使红细胞、白细胞、循环肿瘤细胞等通过)。

一些实施例中，第二富集分离结构400还设有稀释入口，将用于稀释的缓冲液通过稀释入口注入第二富集分离结构400内与第二类物质相遇，以稀释、混合第二类物质，即第二富集分离结构400还能够用于稀释第二类物质，例如稀释血液样品。另一些实施例中，微流控芯片100还包括稀释混合结构300。本申请实施例通过稀释混合结构300将没有过滤出去的血液样品即第二类物质进行稀释并混合均匀。

参照图1、图5，具体地，稀释混合结构300设有第二主通道310、稀释通道320和混合节330，第二主通道310的一端与第一主通道220的另一端连通，第二主通道310的另一端与混合节330连通，稀释通道320与混合节330连通且稀释通道320靠近第二主通道310设置，混合节330与第二富集分离结构400连通；沿第二主通道310的流通方向，混合节330的每一处的通道的宽度均大于或者等于预设倍数的第二主通道310的宽度。

稀释混合结构300可以作为稀释混合区，即血液样品通过稀释混合结构300稀释、混合均匀后进入第二富集分离结构400。

示例性地，稀释通道320设有两个，稀释通道320的一端分别对称设置于第二主通道310的两侧且分别与混合节330连通，稀释通道320的另一端相互连通。生理盐水、PBS溶液(Phosphate Buffer Saline，磷酸缓冲盐溶液)等用于稀释血液样品的缓冲液通过稀释通道320的另一端分别流向稀释通道320的一端，以进入第二主通道310与血液样品即第二类物质相遇以进行稀释，并通过混合节330进行充分混合均匀。

需要说明的是，混合节330的个数可以根据具体情况进行增减，也可以采用其他混合结构。但是，混合节330任意截面处的通道宽度应与稀释倍数相匹配，即沿第二主通道310的流通方向，混合节330的每一处的通道的宽度均大于或者等于预设倍数的第二主通道310的宽度。例如，假设在稀释混合结构300中将血液样品稀释10倍，则混合节330任意截面处的通道的宽度应是第二主通道310的宽度的10倍及以上。

第一富集分离结构200的分离节210可以设置为一个；参照图4，可以理解的是，本申请实施例第一富集分离结构200的分离节210还可以至少设置有两个，分离节210依次连通设置于入口通道110与稀释混合结构300之间；沿第一主通道220的流通方向，前一分离节210的第一主通道220的横截面积大于后一分离节210的第一主通道220的横截面积。

第一富集分离结构200可以作为一级富集分离区，主要用于将大量血细胞和血浆分离出第一主通道220。待处理样品(例如全血液样品)通过第一富集分离结构200后，全血液样品中的大量血细胞和血浆即第一类物质将被回收，而少量血细胞、血浆和循环肿瘤细胞即第二类物质将进入第二富集分离结构400中进行稀释混合和二次富集分离或进入稀释混合结构300中进行稀释混合。

具体地，本申请实施例的第一富集分离结构200的分离节210设置有两个，且相邻的两个分离节210的第一主通道220的宽度设置为自上游至下游逐渐减小，即沿第一主通道220的流通方向，前一分离节210的第一主通道220的横截面积大于后一分离节210的第一主通道220的横截面积。通过如此设置，以保持下游分离节210(即后一分离节210)的第一主通道220内的液体压力在合适范围内。

参照图4，可以理解的是，第一富集分离结构200还设有连接通道240，连接通道240的两端分别连通相邻的两个分离节210的第一主通道220，且连接通道240的横截面积逐渐减小。一些实施例中，连接通道240的截面为等腰梯形，且连接通道240的下底端连通位于前一分离节210的第一主通道220，其上底端连通位于后一分离节210的第一主通道220，其中，等腰梯形的下底长度等于位于前一分离节210的第一主通道220的宽度，等腰梯形的上底等于位于后一分离节210的第一主通道220的宽度。通过如此设置，使得相邻的两个分离节210的第一主通道220之间的连接更加紧密，同时能够保持下游分离节210(即后一分离节210)的第一主通道220内的液体压力在合适范围内。

参照图1、图3，可以理解的是，第一富集分离结构200还设有第一回收通道250，第一回收通道250设置于侧通道230远离第一主通道220的一侧，第一回收通道250与每一侧通道230连通，且第一回收通道250靠近入口通道110的一端与侧通道230垂直设置或倾斜设置，第一回收通道250远离入口通道110的另一端与侧通道230垂直设置。

示例性地，大量血细胞通过相邻两个分离柱231之间形成的侧通道230到达第一回收通道250即血液回收区，再通过管路连接至微流控芯片100外。

具体地，如图3所示，第一回收通道250靠近入口通道110的一端与侧通道230垂直设置，且第一回收通道250远离入口通道110的另一端与侧通道230垂直设置。

如图7所示，第一回收通道250靠近入口通道110的一端与侧通道230倾斜设置，且第一回收通道250远离入口通道110的另一端与侧通道230垂直设置。需要说明的是，第一富集分离结构200和第二富集分离结构400对应的第一回收通道250即血液回收区的左侧(即第一富集分离结构200的第一回收通道250靠近入口通道110的一端，或第二富集分离结构400的第一回收通道靠近第一富集分离结构200的一端)均倾斜设置，即沿第一主通道220的流通方向，第一回收通道250的一端的横截面积逐渐增大，直至第一回收通道250的一端与侧通道230垂直设置。通过设置第一回收通道250的整体宽度减小，用于控制通道内流体压力。

示例性地，如图7至图9所示，第一回收通道250为对称结构，第二富集分离结构400为单侧结构，且第二富集分离结构400能够用于稀释和混合第二类物质，具体地，第二富集分离结构400的分离节远离第一回收通道250的一侧设有稀释混合通道410，稀释混合通道410与第二富集分离结构400的第一主通道连通，且稀释混合通道410的入口靠近第一富集分离结构200的第一主通道220的出口设置，稀释混合通道410用于将生理盐水、PBS溶液(Phosphate Buffer Saline，磷酸缓冲盐溶液)等用于稀释血液样品的缓冲液注射入第二富集分离结构400的第一主通道内，以稀释和混合第二类物质。即该结构的微流控芯片100，无需再设置稀释混合结构300，第二富集分离结构400也能实现稀释混合第二类物质的作用。示例性地，稀释混合通道410可以设置为中间膨胀的S型结构，通过如此设置，能够在整个微流控芯片100运行初期进行调整的时候，防止第二类物质倒流进入稀释混合通道410或稀释混合通道410的入口。

如附图8或图9所示，第一富集分离结构200和第二富集分离结构400对应的第一回收通道250即血液回收区均设置为：与侧通道230垂直设置后沿第一主通道220的流通方向向上倾斜，如此设置，可使第一回收通道250的总宽度减小，用于控制通道内流体压力。

通过上述第一回收通道250的设置，能够适用于不同的分离场景，对应具有不同的流体控制能力。如附图1所示，同一富集分离结构内的同一分离节210，通过对称设置的两个第一回收通道250即血液回收区分别回收血液，以便于控制通道内流体压力。

可以理解的是，第二富集分离结构400与第一富集分离结构200的构造相同，其中，第二富集分离结构400的第一主通道的横截面积大于第一富集分离结构200的第一主通道220的横截面积。

第二富集分离结构400可以作为二级富集分离区，作用与第一富集分离结构200类似，主要用于进一步将血细胞和血浆分离出第二富集分离结构400的第一主通道，以最大限度减小第二富集分离结构400的第一主通道中的血细胞数量，第二类物质即血液样品通过第二富集分离结构400，大量血细胞和血浆即第三类物质将进入第二富集分离结构400中的第一回收通道250以被回收，其余血细胞和循环肿瘤细胞即第四类物质进入第三富集分离结构500。

如图1所示，第二富集分离结构400的结构和第一富集分离结构200的结构除参数不同外基本一致。来自稀释混合结构300的第二类物质在通过第二富集分离结构400的第一主通道时，大部分血细胞即第三类物质穿过第二富集分离结构400的侧通道，进入对应的第一回收通道250即血液回收区；少部分血细胞和循环肿瘤细胞即第四类物质进入第三富集分离结构500。

示例性地，如图1所示，稀释混合结构300的混合节330的出口的宽度等于第二富集分离结构400的第一主通道的宽度，且第二富集分离结构400的第一主通道与第三富集分离结构500的第三主通道510之间也设有连接通道240。第二富集分离结构400的第一主通道与连接通道240的连通处的宽度，大于第三富集分离结构500的第三主通道510与连接通道240的连通处的宽度，即连接通道240的横截面积逐渐减小。

示例性地，连接通道240的截面为等腰梯形，且连接通道240的下底端连通第二富集分离结构400的第一主通道，其上底端连通第三富集分离结构500的第三主通道510，其中，等腰梯形的下底长度等于第二富集分离结构400的第一主通道的宽度，等腰梯形的上底等于第三富集分离结构500的第三主通道510的宽度。通过如此设置，使得第二富集分离结构400的第一主通道与第三富集分离结构500的第三主通道510的连接更加紧密，同时能够保持下游的第三富集分离结构500的第三主通道510内的液体压力在合适范围内。

需要说明的是，附图1仅展示了一个分离节210，与第一富集分离结构200类似，此处同样可以设置不止一个分离节210；且第二富集分离结构400的每个分离节中的分离柱数量和所形成的侧通道的宽度等参数，可以根据待分离的循环肿瘤细胞的粒径大小或其他特殊需求灵活调整，对此不作具体限定。

可以理解的是，如图7、图8、图9所示，第二富集分离结构400还可以与第一富集分离结构200的单侧的结构相同，即第一富集分离结构200为对称结构时，第二富集分离结构400为单侧结构。此时的第二富集分离结构400还能够用于稀释和混合第二类物质。

参照图1、图6，可以理解的是，第三富集分离结构500设置有第三主通道510、鞘液通道520和分流通道530，第三主通道510的一端与第二富集分离结构400连通，鞘液通道520与第三主通道510连通且鞘液通道520靠近第三主通道510的一端设置，第三主通道510的另一端与分流通道530连通，分流通道530用于分离得到目标颗粒。

第三富集分离结构500可以作为三级富集分离区，主要用于将循环肿瘤细胞和血细胞进行彻底分离，从而分离得到目标颗粒即循环肿瘤细胞。

示例性地，鞘液通道520用于注入鞘液至第三主通道510，鞘液用于聚焦样品溶液，将样品溶液中的细胞挤压在通道壁上，并与样品溶液形成稳定的层流。

如图6所示，来自第二富集分离结构400的第四类物质即循环肿瘤细胞与血细胞进入第三富集分离结构500后，与来自鞘液通道520的鞘液汇合，之后沿长直的第三主通道510进入分流通道530中。

具体地，鞘液通过鞘液通道520的入口进入鞘液通道520。鞘液通道520可以设置为中间膨胀的S型结构，通过如此设置，能够在整个微流控芯片100运行初期进行调整的时候，防止血细胞和循环肿瘤细胞倒流进入鞘液通道520或鞘液通道520的入口。示例性地，鞘液通道520与第三主通道510连通的出口的宽度，与第三主通道510的宽度可以设置为相同。

示例性地，第三主通道510的宽度大约为100微米，高度大约为50微米，用于分离粒径约为20微米的循环肿瘤细胞。需要说明的是，可根据待分离的循环肿瘤细胞的粒径大小，调整第三主通道510的宽度和高度。一些实施例中，将宽度和高度的比值，即宽高比设定为2，此时的分离效果最好。另一些实施例中，为了提高分离速度或提高分离分辨率等，也可以提高或减小宽高比。

示例性地，长直的第三主通道510的长度大约为2000微米，也可以根据具体情况适当延长或缩短第三主通道510的长度，但通常不低于2厘米。

参照图6至图9，可以理解的是，分流通道530设有第二回收通道533、增宽通道532、目标分离通道534和若干反向流通道531，第三主通道510的另一端与增宽通道532连通，反向流通道531设置于增宽通道532的一侧且与增宽通道532连通，第二回收通道533、目标分离通道534均设置于增宽通道532的另一侧且均与增宽通道532连通；第二回收通道533与增宽通道532的连通处的宽度大于反向流通道531与增宽通道532的连通处的宽度，且小于目标分离通道534与增宽通道532的连通处的宽度；目标分离通道534用于分离得到目标颗粒。

示例性地，增宽通道532可以作为突变增宽区，以放大第三主通道510中不同粒径大小的细胞之间的距离。

具体地，第四类物质即循环肿瘤细胞与血细胞沿长直的第三主通道510进入增宽通道532。示例性地，增宽通道532的宽度一般为2000微米。

如图6所示，示例性地，反向流通道531设置有两个，两个反向流通道531对称设置于增宽通道532的一侧且均与增宽通道532连通，每一反向流通道531均连通有回收区。定义位于增宽通道532的一侧上方的反向流通道531连通第一血液回收区535，位于增宽通道532的一侧下方的反向流通道531连通鞘液回收区536。此外，第二回收通道533连通有第二血液回收区537，目标分离通道534连通有循环肿瘤细胞回收区538。

具体地，红细胞、血小板以及粒径较小的白细胞通过位于增宽通道532的一侧上方的反向流通道531，进入第一血液回收区535；粒径较大的白细胞通过第二回收通道533进入第二血液回收区537；循环肿瘤细胞通过目标分离通道534进入循环肿瘤细胞回收区538。

需要说明的是，两个反向流通道531的开口(即反向流通道531与增宽通道532的连通处的宽度)大小、开口位置可以根据实际需要进行调整。示例性地，反向流通道531的开口大小约占增宽通道532的总宽度的20％时，分离效果最好；反向流通道531的开口位置越靠近第三主通道510，分离效果越好。此外，位于增宽通道532的一侧下方的反向流通道531用于调整增宽通道532内的流体流线。

需要说明的是，第二血液回收区537和循环肿瘤细胞回收区538的绝对宽度和相对宽度可以根据待分离的循环肿瘤细胞的粒径大小进行调整，对此不作具体限定，回收到的血细胞和循环肿瘤细胞通过连接管道引出微流控芯片100，以用于下一步分析检测等工作。

可以理解的是，本申请实施例的微流控芯片100还包括盖片，盖片盖设在基片101设置有分离结构的一面上。通过设置基片101、盖片，便于保护分离结构，以提高微流控芯片100的使用寿命。

可以理解的是，基于微流控芯片100技术从血液中富集分离出循环肿瘤细胞的方法有很多，但是，相关技术中存在以下缺点：1)这些方法中的绝大多数只能用于分离稀释过的血液样品中的循环肿瘤细胞，不适合用于分离未经过稀释等任何前处理的待处理样品即全血液样品中的循环肿瘤细胞；2)通量很低，每小时仅能用于处理几毫升甚至几微升的样品；3)回收率低，即大部分循环肿瘤细胞没有被捕获到，或者没有被分离出来；4)纯度低，即分离出来的循环肿瘤细胞中含有大量的杂质，例如其他细胞；5)回收到的循环肿瘤细胞活性低，不能用于后续的培养和分析；6)分离后血细胞活性低，不能重新输送回人或动物体内。

因此，针对于相关技术，本申请实施例能够实现高通量、高回收率和高纯度地富集和分离出未经过稀释等任何前处理的待处理样品(即全血液样品)中的目标颗粒(即循环肿瘤细胞)，并且分离出的循环肿瘤细胞和血细胞均具有较高的活性，循环肿瘤细胞可以用于后续培养和分析，血细胞及血浆可以重新输回人体。即本申请实施例能够实现分离抽取少量的离体血液。

具体地，本申请实施例将未经过稀释等任何前处理的待处理样品(即全血液样品)直接通过入口通道110注入到微流控芯片100中，之后在第一富集分离结构200通过一个或多个分离节210分离出大量的血小板、红细胞、白细胞和血浆，以用于大幅度减少微流控芯片100下游的细胞处理压力；之后，在稀释混合结构300中使用缓冲溶液对血液样品即第二类物质进行稀释，通过稀释操作增加了需要处理的液体量。紧接着，在第二富集分离结构400通过一个或多个分离节210将血细胞和稀释的血浆分离出第一主通道220，得到第四类物质；最后，第四类物质进入第三富集分离结构500，第三富集分离结构500将循环肿瘤细胞和血细胞彻底分离开。

综上，本申请实施例具有以下有益效果：

1)具有高通量的特点，通过调整通道尺寸，单组通道可以在1mL/h至1000mL/h的流速下处理未经过稀释等任何前处理的待处理样品(即全血液样品)；

2)具有高纯度的特点，第三富集分离结构500中，位于增宽通道532的一侧上方的反向流通道531可以将几乎全部红细胞和血小板牵引至与第三富集分离结构500连通的第一血液回收区535，同时位于增宽通道532的一侧上方的反向流通道531也会牵引粒径较大的白细胞向与第二回收通道533连通的第二血液回收区537偏移，从而增大白细胞与循环肿瘤细胞之间的间隔，因此，本申请实施例的微流控芯片100可以将几乎全部血细胞与循环肿瘤细胞分离，特别对于粒径大于20微米的循环肿瘤细胞，纯度接近百分之百；

3)具有高回收率的特点，在整个微流控通道中，循环肿瘤细胞只能沿第一主通道220、第二主通道310和第三主通道510依次向下游动至增宽通道532。根据待分离的循环肿瘤细胞的粒径大小，可适应性地调整与第二回收通道533和目标分离通道534的绝对宽度和相对宽度，特别对于粒径大于20微米的循环肿瘤细胞，回收率可以接近百分之百；

4)具有高活性的特点，本申请实施例由于不依赖外加物理场、不需要使用磁珠、不需要做抗原抗体修饰、通道中各处转角等结构均做圆角处理尽可能避免机械损伤、高通量等情况下，使得待处理样品在微流控芯片100内的分离时间较短，无论是血细胞还是循环肿瘤细胞的活性在完成整个分离过程后，均能达到百分之九十五以上；

5)具有不需要进行稀释等任何前处理的特点，第一富集分离结构200具有过滤的功能，可以将大量血浆和红细胞、血小板等粒径较小的血细胞分离出第一主通道220，且第二富集分离结构400或稀释混合结构300具有稀释的功能，因此将未稀释的待处理样品注入微流控芯片100之前不需要进行任何前处理。

需要说明的是，附图内的虚线仅是为了更加清楚描述本申请实施例的结构，其为虚拟的划线，并不对本申请实施例的微流控芯片100造成限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

基片；

分离结构，设置于所述基片上，用于从未稀释的待处理样品中分离得到目标颗粒，所述分离结构包括依次连通的至少两个富集分离结构，且相邻两个所述富集分离结构之间的连通处的横截面积逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片设有入口通道，所述入口通道与位于最前方的所述富集分离结构连通，且所述入口通道内靠近所述富集分离结构的一侧设有若干过滤柱，所述入口通道用于接收所述未稀释的待处理样品。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述富集分离结构包括第一富集分离结构、第二富集分离结构和第三富集分离结构，所述入口通道与所述第一富集分离结构连通，所述第二富集分离结构设置于所述第一富集分离结构和所述第三富集分离结构之间，所述第三富集分离结构用于分离得到所述目标颗粒。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一富集分离结构包括有分离节，所述分离节设置有第一主通道和若干侧通道，所述侧通道分别设置于所述第一主通道的两侧并与所述第一主通道连通，且所述侧通道沿所述第一主通道的流通方向排列分布，所述第一主通道的宽度大于所述侧通道的宽度；所述第一主通道的一端与所述入口通道连通，另一端与所述第二富集分离结构连通。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，还包括稀释混合结构，所述稀释混合结构设有第二主通道、稀释通道和混合节，所述第二主通道的一端与所述第一主通道的另一端连通，所述第二主通道的另一端与所述混合节连通，所述稀释通道与所述混合节连通且所述稀释通道靠近所述第二主通道设置，所述混合节与所述第二富集分离结构连通；沿所述第二主通道的流通方向，所述混合节的每一处的通道的宽度均大于或者等于预设倍数的所述第二主通道的宽度。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离节至少设置有两个，所述分离节依次连通设置于所述入口通道与所述稀释混合结构之间；沿所述第一主通道的流通方向，前一所述分离节的第一主通道的横截面积大于后一所述分离节的第一主通道的横截面积。

7.根据权利要求4至6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一富集分离结构还设有第一回收通道，所述第一回收通道设置于所述侧通道远离所述第一主通道的一侧，所述第一回收通道与每一所述侧通道连通，且所述第一回收通道靠近所述入口通道的一端与所述侧通道垂直设置或倾斜设置，所述第一回收通道远离所述入口通道的另一端与所述侧通道垂直设置。

8.根据权利要求4至6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述第二富集分离结构与所述第一富集分离结构的构造相同，其中，所述第二富集分离结构的第一主通道的横截面积大于所述第一富集分离结构的第一主通道的横截面积。

9.根据权利要求3至6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三富集分离结构设置有第三主通道、鞘液通道和分流通道，所述第三主通道的一端与所述第二富集分离结构连通，所述鞘液通道与所述第三主通道连通且所述鞘液通道靠近所述第三主通道的一端设置，所述第三主通道的另一端与所述分流通道连通，所述分流通道用于分离得到所述目标颗粒。

10.根据权利要求1至6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括盖片，所述盖片盖设在所述基片设置有所述分离结构的一面上。

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