微流控芯片、血细胞分离方法与系统及该系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及血细胞分离技术领域，具体涉及一种微流控芯片、基于该芯片的全血血细胞分离系统、该系统的制作方法及利用该系统进行全血血细胞分离的方法。
【背景技术】
[0002]白细胞包含丰富的免疫系统信息，很多针对白细胞的检测需要将它们从全血中分离出来。离心分离等一些传统的分离方法，所用设备体积大、样品需求量多、操作复杂，很难与后续检测分析仪器集成。利用微流控芯片对白细胞进行分离是基于微流控芯片进行白细胞检测分析的基础。由于血细胞的浓度很高，而白细胞的含量又很少，在微流控芯片中高效地将白细胞从全血中分离出来仍具有很大的挑战。基于微过滤的血细胞分离方法，具有无须对细胞进行标记、操作相对简单以及易于同后续检测设备集成等优点。用于细胞分离的微过滤以过滤结构分类可以分为:堰式过滤、柱式过滤和膜式过滤;基于流动方向可分为:死端过滤和错流过滤，在死端过滤中主流的流动方向和过滤器垂直，而错流过滤中主流的流动方向和过滤器平行。其中膜式过滤相对易于加工并且具有更大的过滤面积。但基于膜式过滤的血细胞分离芯片具有以下最主要的问题:1.由于血细胞的浓度非常高，在过滤的过程中滤膜的微孔会被血细胞堵塞，导致部分微孔无法进行有效地过滤，极大地降低了芯片分离血细胞的效率;2.目前绝大多数血细胞分离芯片都需要外部的流体驱动源，如注射栗、蠕动栗、真空栗等，这导致整个血细胞分离系统很难做到小型化、轻量化，难以满足现场(point of care)即时分离需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种微流控芯片、基于该芯片的全血血细胞分离系统、该系统的制作方法及利用该系统进行全血血细胞分离的方法，用于对血细胞进行分离，能够克服现有技术分离效率低、小型化和轻量化不足的缺陷，满足现场即时血样分离需求。
[0004]为此目的，一方面，本发明提出一种微流控芯片，所述芯片由微孔滤膜层、包含主要流道结构的基片层和包含上层流道结构的柔性聚合物层组成，通过将所述包含主要流道结构的基片层先后与所述微孔滤膜层和包含上层流道结构的柔性聚合物层键合制成，并在内部形成微沟道系统;其中，
[0005]所述微沟道系统包括:微栗区、循环区、第一沟道、第二沟道、第三沟道，以及由主要流道结构、微孔滤膜层和上层流道结构形成的过滤区，所述过滤区的两层通道中一层通道的末端连接所述第一沟道，另一层通道的末端连接所述第二沟道，所述第二沟道与循环区连通，所述循环区与微栗区通过沟道连接，所述第三沟道与连接所述循环区和微栗区的沟道连通，所述微栗区与过滤区通过沟道连接，所述第一沟道的末端设置有第一出口以及与该第一出口相对应的第一出口微阀，所述第二沟道的末端设置有第二出口以及与该第二出口相对应的第二出口微阀，所述第一出口和第二出口中一个出口为目标细胞出口，另一个出口为废液出口，所述第三沟道的末端设置有血液入口、缓冲液入口以及与该血液入口相对应的血液入口微阀和与该缓冲液入口相对应的缓冲液入口微阀，所述循环区与第二沟道的连通处设置有循环区微阀，在所述包含上层流道结构的柔性聚合物层中贯穿所述包含上层流道结构的柔性聚合物层对应所述血液入口、缓冲液入口、目标细胞出口和废液出口分别设置有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔为垂直通孔，所述第一通孔和第二通孔分别通过所述血液入口和缓冲液入口与第三沟道连接，所述第三通孔和第四通孔分别通过所述目标细胞出口和废液出口分别与所述目标细胞出口对应的沟道和废液出口对应的沟道连接，所述微栗区设置有双向蠕动微栗O
[0006]另一方面，本发明提出一种基于前述微流控芯片的全血血细胞分离系统，包括:
[0007]微流控芯片、微栗驱动装置、微阀驱动装置、控制模块和电源模块;其中，
[0008]所述微栗驱动装置，位于所述微流控芯片的微栗区上方，用于为所述微流控芯片的微栗提供驱动力；
[0009]所述微阀驱动装置，位于所述微流控芯片上方，用于打开和关闭所述微流控芯片的相应微阀；
[0010]所述控制模块，用于通过控制所述微栗驱动装置控制所述微栗的转动方向、转动速度及通过控制所述微阀驱动装置控制所述微阀的打开和关闭；
[0011]电源模块，用于为所述微栗驱动装置、微阀驱动装置及控制模块供电；
[0012]所述微阀驱动装置包括四个下端面为平面或者球面的可直线运动的结构，所述微阀驱动装置的四个可直线运动的结构分别对准所述微流控芯片的一个通孔，
[0013]若所述微栗为环形蠕动栗，则所述微栗驱动装置包括电机、固连在电机上的轴套、装于所述轴套中的弹簧和钢珠，若所述微栗为直线蠕动栗，则所述微栗驱动装置包括四个可直线运动的结构，所述可直线运动的结构为电磁铁或者能够输出直线位移的电机。
[0014]另一方面，本发明提出一种前述全血血细胞分离系统的制作方法，包括:
[0015]S11、在基片层上制作微沟道，在柔性聚合物层上制作微沟道，将微孔滤膜层和基片层键合在一起，将柔性聚合物层和基片层键合在一起，形成微沟道系统；
[0016]S12、在柔性聚合物层上打孔，制作出血液入口、缓冲液入口、目标细胞出口和废液出口对应的通孔，形成微流控芯片；
[0017]S13、在微流控芯片的微栗区上方布置微栗驱动装置；
[0018]S14、在微流控芯片上方布置四个可直线运动的结构，使每个可直线运动的结构分别对准一个通孔，其中，所述四个可直线运动的结构组成微阀驱动装置；
[0019]S15、在微流控芯片周围布置控制模块和电源模块，并将所述控制模块与所述微栗驱动装置和微阀驱动装置连接，将所述电源模块与所述微栗驱动装置、微阀驱动装置和控制模块连接。
[0020]另一方面，本发明提出一种利用前述全血血细胞分离系统进行全血血细胞分离的方法，包括:
[0021 ] S21、通过控制模块关闭血液入口微阀、目标细胞出口微阀、循环区微阀，打开缓冲液入口微阀和废液出口微阀，控制微栗驱动装置驱动微栗正向转动，从而从缓冲液入口吸入缓冲液，并使微流控芯片的沟道充满或者部分充满缓冲液；
[0022]S22、通过所述控制模块关闭缓冲液入口微阀，打开血液入口微阀，控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗正向转动，从而从血液入口吸入一定量的全血样品；
[0023]S23、通过所述控制模块关闭血液入口微阀，打开缓冲液入口微阀，控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗正向转动，从而从缓冲液入口吸入缓冲液，将全血样品推至过滤区进行过滤；
[0024]S24、过滤一段时间后，通过所述控制模块关闭缓冲液入口微阀和废液出口微阀，打开循环区微阀，控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗反向转动，从而驱动微流控芯片的沟道内的流体反向流动，将堵塞在微孔滤膜层的微孔中的血细胞反向推出；
[0025]S25、通过所述控制模块控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗正向转动，从而驱动微流控芯片的沟道内的流体在微流控芯片中循环过滤；
[0026]S26、通过所述控制模块关闭循环区微阀，打开缓冲液入口微阀和废液出口微阀，控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗正向转动，从而从缓冲液入口吸入缓冲液，将剩余的红细胞和血浆从废液出口排出；
[0027]S27、重复执行步骤S24至S26若干次；
[0028]S28、通过所述控制模块关闭废液出口微阀，打开目标细胞出口微阀，控制所述微栗驱动装置驱动所述微栗正向转动，从而从缓冲液入口吸入缓冲液，将分离好的血细胞从目标细胞出口推出，收集分离好的目标细胞。
[0029]本发明实施例所述的微流控芯片、基于该芯片的全血血细胞分离系统、该系统的制作方法及利用该系统进行全血血细胞分离的方法，所涉及的微流控芯片利用蠕动微栗双向驱动的特点，可以快速改变芯片内流体的流动方向，将堵塞在滤膜微孔中的血细胞反向推出，有效避免多孔滤膜的堵塞;采用错流过滤和死端过滤相结合的方式对血细胞进行过滤，进一步减少滤膜的堵塞，可实现大量血样的分离;双向蠕动微栗集成在微流控芯片上，样品的输入输出无需外部流体驱动源，实现了系统的小型化和轻量化，为现场的快速、高通量血液分离提供了有效的手段。
【附图说明】
[0030]图1是本发明一实施例提供的微流控芯片的部分结构示意图；
[0031 ]图2是本发明另一实施例提供的微流控芯片的示意图；
[0032]图3是本发明另一实施例提供的微流控芯片的分层说明图；
[0033]图4是本发明另一实施例提供的微流控芯片的分层说明图；
[0034]图5是本发明另一实施例提供的微流控芯片的分层说明图；
[0035]图6是本发明另一实施例提供的微流控芯片的分层说明图；
[0036]图7是本发明另一实施例提供的微流控芯片的分层说明图；
[0037]图8是本发明另一实施例提供的采用环形蠕动栗的微流控芯片的示意图；
[0038]图9是本发明另一实施例提供的采用直线蠕动栗的微流控芯片的示意图；
[0039]图10是本发明另一实施例提供的一种微栗驱动装置的结构示意图；
[0040]图11是本发明另一实施例提供的一种微栗驱动装置的结构示意图；
[0041]图12是本