基于微流体芯片的测试血小板的功能和药物反应的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测试血小板的功能和药物反应的设备和方法，特别是涉及基于微流体芯片的测试血小板的功能和药物反应的设备和方法，以便能够利用少量血液通过在一次性微芯片中的流动来自动地进行各种测试，从而进行血栓性缺血和易出血者疾病的早期诊断。
【背景技术】
[0002]血栓是凝血或血块在血管内部的形成。心脏的冠状动脉或脑血管部分中的血栓导致心脏病或脑梗塞。被称作无声杀手的血栓正在变成我们当代人的主要死因。问题是血栓或出血性疾病并非仅由基因缺陷引发，并且其成因还未明确发现。
[0003]更严重地，血栓患病率由于基因缺陷和后天因素而正在快速增加。因此，已经需要设备和方法来进行血栓或出血性疾病的定量测试，并且进行早期诊断和预后决策。
[0004]血管损伤部位的凝血过程中存在发挥作用的多种因子。各因子的全部生化和生物机制都发挥关键作用，而血小板的凝血发挥最为关键的作用。血小板在无损伤部位不与动脉管壁粘附，但是生化和生物机制在血管损伤部位将激活，由此不管流动条件如何都将造成凝血。
[0005]已经开发了多种方法和仪器来细分和测试血小板功能。在不具有血小板数量疾病的出血性疾病的情况中，血小板功能测试是辨别由血小板功能的先天性或后天疾病引起的出血性疾病的重要测试。另外，此种血小板功能测试正在用于检验出血趋势的增大或由用于治疗或预防心血管疾病的抗血小板药剂引发的药物耐受性。
[0006]如果血管中的内皮细胞有损伤，则内皮细胞中的如胶原蛋白等内部物质将暴露在血液中，并且血小板将与该物质粘附并被激活。血小板的粘附机制根据血液流动条件将具有不同的特性。
[0007]特别是，如果血液流动速度在动脉中较高并且施加在血管壁上的剪切力较高，则血小板不易与血管的内膜粘附。在此种条件下，血管性血友病因子(von ffillebrandfactor, vffF)将激活并将容易地与血管壁粘附，并且血小板将借助vWF而与血管壁粘附。当然，已知的是血小板细胞膜中包含的如GPIb-1X-V等糖蛋白受体复合物将诱发与vWF的反应，由此导致粘附。
[0008]如此，粘附的血小板将通过吸引同类的血小板而诱发凝集，并导致凝血。然后，凝血将通过血纤蛋白得到加强。
[0009]不过，血小板的功能并不总是有利的，而是可能在特定的流动条件或情况下引发副作用。例如，当血管壁因为动脉硬化而变得局部狭窄时，途经该狭窄部的血小板将暴露在高剪切比下并被激活，而后在该狭窄部的后部发生粘附和凝集并导致血栓，后者使血管阻塞。
[0010]如上所述，血小板和vWF受血液流动的大小(即因流动造成的剪切应力)激活，由此导致粘着性增大，并导致凝血发生。已知的是，激活血小板或vWF所需的剪切应力至少为8Pa，剪切速率至少为5，0001/s。
[0011]如此，已提出和开发出多种仪器用于凝血或出血性疾病的早期诊断和预后测试，并且基于测量传感器，它们可以分为电学方法、光学方法和停止出血的时间测量方法等。
[0012]出血时间(BT)方法是约100年前开发出的，其测量出血时间并仍在用于血小板功能的筛选测试。不过，现存的血小板功能测试具有诸如难以标准化、较低的诊断有效性和使用介入技术等问题，因而需要一种客观化的测量方法来测量血小板功能。
[0013]为了解决上述问题，开发了血小板功能分析仪(如PFA-100)，其正在用于测量血小板功能。该分析仪使用以下特征:血小板在高剪切速率下因激活的vWF而凝集。为了测量该特征，在全血流入长的毛细管后，血小板在涂覆有ADP或肾上腺素的管嘴中与胶原蛋白一起凝集，并通过压力或流速等测量管嘴阻塞的时间。
[0014]此种血小板功能测试完全依赖于vWF的功能。此种测试具有以下缺陷:该测试依赖于血细胞比容(Hct)，并且不能进行抗血小板测试，如使用阿司匹林或氯吡格雷的测试。另外，不利的是，需要两步测试来进行血小板的功能测试，并且提高了测试的费用。
[0015]特别地，为了激活vWF，血液样品必须以预定的时间暴露于高剪切速率。为此，PFA-100采用了使血液以高速流入长的毛细管的方法。不过，不利的是，该方法需要大量血液。另外，还存在以下缺陷，vWF在剪切速率最低的毛细管中心处并不会被激活，而vWF在剪切速率最高的近管壁处激活，由此并不能保证测试结果的重复性。
[0016]Diamed C0.，Ltd.的MPACT采用了圆锥平板形式的旋转型库艾特流动。在此种方法中，对其中包含的血液施加均匀的剪切应力，并在施加高剪切应力时测量血小板的粘附程度。与PFA-100类似，此种方法具有以下缺点:其过度依赖纤维蛋白原和vWF的浓度和功會K。
[0017]Verify-NOff(Accumetrics)采用了利用光学传感器借助浑池度测量血小板的凝集程度的方法。在此种方法中，将激动剂与血液混合，然后使其上涂覆有胶原蛋白的微珠反应，由此使血液中的血小板凝集。然后，测量浑浊度随时间的变化。近来，使用该方法的频率正在增大，不过该方法仍具有现有的浑浊度测量方法的缺点。
【发明内容】
[0018]技术问题
[0019]本发明的目的在于解决上述问题，并且本发明提供了基于微流体芯片的测试血小板的多种功能和药物反应的设备和方法，借助该设备和方法可以进行多种测试，包括经一次测试进行出血性疾病和血栓的早期诊断和预后，由此节省测试成本并提高测试的可重复性和准确性。
[0020]本发明的另一目的在于提供基于微流体芯片的测试血小板的多种功能和药物反应的设备和方法，借助该设备和方法可以自动测量血流的封闭时间。
[0021]本发明的目的并不限于上述目的。本发明所属领域的普通技术人员从下文的说明可以清楚地理解未提及的其它目的。
[0022]技术方案
[0023]为实现上述目的，本发明提供了基于微流体芯片的测试血小板的功能和药物反应的设备，其包括:测量装置，其容纳血液样品，并测量由于血液样品的流动而产生的血小板的凝集和粘附；和流体驱动装置，其与测量装置相连接，并产生血液样品的振荡剪切流。
[0024]该测量装置包括:其中容纳血液样品的样品容器；与样品容器连接并导引血液样品的剪切流的微流道；与微流道连接的测量室，其中血小板的凝集和粘附产生于该测量室中；和对该测量室中产生的血小板的凝集和粘附进行测量的感测部件。
[0025]进一步，该流体驱动装置包括:线性致动器；受该线性致动器驱动而直线往复运动的活塞；和缸体，其中安装有上述活塞以便该活塞在其中直线往复运动。
[0026]进一步，测量装置和流体驱动装置之间安装有阀，并且该阀控制驱动压力的供给和切断。
[0027]进一步，该阀通过周期性打开和关闭而可以产生脉动流。
[0028]进一步，多个微流道是并行排列的。
[0029]进一步，将彼此不同的试剂供给至与并行排列的微流道相连接的测量室中。
[0030]进一步，感测部件包括下述元件的至少一种:测量电阻抗的电极传感器、测量浑浊度的光学传感器、测量脉动压力的压力传感器和测量血液样品的振荡流动距离的图像传感器。
[0031]进一步，电极传感器具有安装在测量室两侧的两个电极，并测量电阻抗变化，该电阻抗是由于血小板在测量室中的凝集和粘附而变化的。
[0032]进一步，将光学传感器布置为与测量室外部的光源相对，并测量光学浑浊度的变化，该光学浑浊度是由于血小板在测量室中的凝集和粘附而变化的。
[0033]进一步，将压力传感器布置在连接测量装置和流体驱动装置的阀处，或布置在样品容器内，并测量脉动压力的变化，该脉动压力是由