本發(fā)明實施例屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種血液分離預(yù)處理芯片及血液分離裝置。

背景技術(shù)：

在癌癥病人的治療過程中，治療效果的好壞可以通過血液中的各種標志物分子(如蛋白、mirna(microrna，非編碼單鏈rna分子))的反應(yīng)結(jié)果來衡量。通常，是利用血液檢測儀對癌癥病人的血液樣本進行檢測，可以實現(xiàn)對癌癥病人的無損傷檢測，實時監(jiān)測病人的病情，為醫(yī)生及時調(diào)整合理的治療方案提供重要依據(jù)，為精準的醫(yī)療檢測提供堅實的基礎(chǔ)。

然而，血液中除了蛋白、mirna等生物分子還含有大量不同尺寸的細胞。為了提高生物分子的檢測靈敏度和可靠性，需要將血清從血液中分離出來。傳統(tǒng)的血清分離方法是把血液樣本先冷置一段時間，然后用離心機對血液樣本進行分離。這種血清分離方法需要耗費大量血液且耗時較長，嚴重降低了血液樣本的檢測效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種血液分離預(yù)處理芯片及血液分離裝置，能夠?qū)O少量的血液樣本進行快速分離，提高血液樣本的檢測效率。

本發(fā)明實施例一方面提供一種血液分離預(yù)處理芯片，其包括沿血液流向依次排列的至少一個微柱陣列，每個所述微柱陣列的柱間距均不相同，所述至少一個微柱陣列的柱間距按照所述至少一個微柱陣列的排列順序依次減小，所述至少一個微柱陣列至少包括紅細胞截留微柱陣列；

所述紅細胞截留微柱陣列對所述血液中的紅細胞進行截留，以過濾所述血液中的紅細胞；

血液從所述血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過所述至少一個微柱陣列的截留和過濾，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從所述血液分離預(yù)處理芯片的出口流出。

在一個實施例中，所述至少一個微柱陣列包括沿血液流向依次排列的腫瘤細胞截留微柱陣列、單核細胞截留微柱陣列、白細胞截留微柱陣列和所述紅細胞截留微柱陣列；

所述腫瘤細胞截留微柱陣列對所述血液中的腫瘤細胞進行截留，以過濾所述血液中的腫瘤細胞；所述單核細胞截留微柱陣列對所述血液中的單核細胞進行截留，以過濾所述血液中的單核細胞；所述白細胞截留微柱陣列對所述血液中的白細胞進行截留，以過濾所述血液中的白細胞；

所述血液從所述血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過所述腫瘤細胞截留微柱陣列、所述單核細胞截留微柱陣列、所述白細胞截留微柱陣列和所述紅細胞截留微柱陣列，對所述血液中的腫瘤細胞、單核細胞、白細胞和紅細胞進行截留并過濾后，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從血液分離預(yù)處理芯片的出口流出。

在一個實施例中，所述微柱陣列包括沿血液流向依次排列的多排微柱，任意相鄰的兩排所述微柱均錯位排列。

在一個實施例中，所述腫瘤細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于所述腫瘤細胞的直徑且大于所述血液中的單核細胞、白細胞、紅細胞和血小板的直徑。

在一個實施例中，所述單核細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于所述單核細胞的直徑且大于所述血液中的白細胞、紅細胞和血小板的直徑。

在一個實施例中，所述白細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于所述白細胞的直徑且大于所述血液中的紅細胞和血小板的直徑。

在一個實施例中，所述紅細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于所述紅細胞的直徑且大于所述血液中的血小板的直徑。

在一個實施例中，所述微柱陣列為圓柱陣列、橢圓柱陣列或多邊形柱體陣列中的任一種。

本發(fā)明實施例另一方面還提供一種血液分離裝置，其包括上述的血液分離預(yù)處理芯片，還包括微流控芯片，所述微流控芯片上設(shè)置有與所述血液分離預(yù)處理芯片的出口連接的微流道；

所述微流道包括周期性排列的多個微流道單元，所述多個微流道單元依次首尾連接；

所述微流道單元包括第一半環(huán)形微流道和第二半環(huán)形微流道，所述第一半環(huán)形微流道出口和所述第二半環(huán)形微流道的入口無縫對接；

血液流經(jīng)所述血液分離預(yù)處理芯片被預(yù)處理之后，流入所述微流控芯片上的所述微流道，所述微流道對所述預(yù)處理之后的血液進行慣性聚焦處理，得到高純度的血漿。

在一個實施例中，所述第一半環(huán)形微流道的外徑與內(nèi)徑之差等于所述第一半環(huán)形微流道上任一處的環(huán)切直徑，所述第二半環(huán)形微流道的外徑與內(nèi)徑之差小于所述第二半環(huán)形微流道的最大環(huán)切直徑，所述第一半環(huán)形微流道的外徑小于所述第二半環(huán)形微流道的內(nèi)徑。

本發(fā)明實施例通過沿血液流向依次設(shè)置包括用于截留并過濾紅細胞的紅細胞截留微柱陣列的至少一個微柱陣列，并使每個微柱陣列的柱間距均不相同，使至少一個微柱陣列的柱間距按照至少一個微柱陣列的排列順序依次減小，使血液從所述血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過所述至少一個微柱陣列的截留和過濾，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從血液分離預(yù)處理芯片的出口流出，可以實現(xiàn)對極少量的血液樣本的快速分離，提高血液樣本的檢測效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的一個實施例提供的血液分離預(yù)處理芯片的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一個實施例提供的血液分離預(yù)處理芯片的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的一個實施例提供的血液分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的一個實施例提供的微流道芯片的主視圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“包括”以及它們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含一系列步驟或單元的過程、方法或系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。此外，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等是用于區(qū)別不同對象，而非用于描述特定順序。

如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例提供一種血液分離預(yù)處理芯片10，其包括沿血液流向依次排列的四個微柱陣列，四個微柱陣列分別為腫瘤細胞截留微柱陣列1、單核細胞截留微柱陣列2、白細胞截留微柱陣列3和紅細胞截留微柱陣列4；每個微柱陣列的柱間距均不相同，并且四個微柱陣列的柱間距按照微柱陣列的排列順序依次減小，即腫瘤細胞截留微柱陣列1的柱間距＞單核細胞截留微柱陣列2的柱間距＞白細胞截留微柱陣列3的柱間距＞紅細胞截留微柱陣列4的柱間距。

在本實施例中，柱間距具體是指任一微柱陣列中，與血液流向垂直的方向上的任意相鄰的兩個微柱之間的空隙的寬度，本實施例中的柱間距具體是指橫向柱間距。

在具體應(yīng)用中，任一微柱陣列中，與血液流向平行的方向上的任意相鄰的兩個微柱之間的空隙的寬度(即縱向柱間距)可以根據(jù)實際需要設(shè)定，縱向柱間距可以等于橫向柱間距。

在具體應(yīng)用中，微柱陣列可以為圓柱陣列、橢圓柱陣列或多邊形柱體陣列中的任一種。圖1中僅示例性的示出微柱陣列為圓柱陣列的情況。

本實施例所提供的血液分離預(yù)處理芯片的工作原理為：

腫瘤細胞截留微柱陣列對血液中的腫瘤細胞進行截留，以過濾血液中的腫瘤細胞；單核細胞截留微柱陣列對血液中的單核細胞進行截留，以過濾血液中的單核細胞；白細胞截留微柱陣列對血液中的白細胞進行截留，以過濾血液中的白細胞；紅細胞截留微柱陣列對血液中的紅細胞進行截留，以過濾血液中的紅細胞；

血液從血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過腫瘤細胞截留微柱陣列、單核細胞截留微柱陣列、白細胞截留微柱陣列和紅細胞截留微柱陣列，對血液中的腫瘤細胞、單核細胞、白細胞和紅細胞進行截留并過濾后，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從血液分離預(yù)處理芯片的出口流出。

在一個實施例中，血液分離預(yù)處理芯片包括至少一個微柱陣列且這至少一個微柱陣列中至少包括用于截留并過濾紅細胞的紅細胞截留微柱陣列，血液從所述血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過至少一個微柱陣列的截留和過濾，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從血液分離預(yù)處理芯片的出口流出。

由于紅細胞是血液中尺寸最小的細胞，因此，設(shè)定血液分離預(yù)處理芯片至少包括紅細胞截留微柱陣列，可以對血液中的所有細胞進行截留和過濾，以得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿。

在本實施例中，過濾后的血漿中之所以還含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞是因為紅細胞是扁平狀的，由于制作工藝的限制，柱間距沒法做到小于所有紅細胞的尺寸，因此會有部分紅細胞無法被有效截留。在柱間距的可控范圍內(nèi)，預(yù)設(shè)量的多少具體可以由微柱陣列的數(shù)量和柱間距來決定，柱間距越小，預(yù)設(shè)量越小。

在具體應(yīng)用中，血液分離預(yù)處理芯片所包括的微柱陣列的數(shù)量及種類可以根據(jù)實際需要進行設(shè)置。例如，只需要截留和過濾腫瘤細胞，則可以只設(shè)定腫瘤細胞截留微柱陣列；只需要截留和過濾單核細胞，則可以只設(shè)定單核細胞截留微柱陣列。同一種類型的微柱陣列也可以同時設(shè)置多個，以加強截留過濾效果。

本發(fā)明通過沿血液流向依次設(shè)置包括用于截留并過濾紅細胞的紅細胞截留微柱陣列的至少一個微柱陣列，并使每個微柱陣列的柱間距均不相同，使至少一個微柱陣列的柱間距按照至少一個微柱陣列的排列順序依次減小，使血液從所述血液分離預(yù)處理芯片的入口流入，依次經(jīng)過所述至少一個微柱陣列的截留和過濾，得到含有低于預(yù)設(shè)量的紅細胞和血小板的血漿從血液分離預(yù)處理芯片的出口流出，可以實現(xiàn)對極少量的血液樣本的快速分離，提高血液樣本的檢測效率。

如圖2所示，本實施例示例性的示出了血液分離預(yù)處理芯片10中各微柱的尺寸結(jié)構(gòu)。在本實施例中，四個微柱陣列均包括沿血液流向依次排列的多排微柱，任意相鄰的兩排微柱均錯位排列。

在本實施例中，錯位排列具體是指相鄰的兩排微柱并不是正對著設(shè)置，而是相互錯開一定距離設(shè)置，使整個微柱陣列構(gòu)成一個斜向陣列，斜向陣列的傾斜程度可以根據(jù)實際需要設(shè)定。通過使每個微柱陣列中相鄰排的微柱錯位排列，可以提高對血細胞的截留和過濾效果。

在具體應(yīng)用中，微柱陣列中的每排微柱也可以正對設(shè)置。只是若微柱陣列中的每排微柱都正對設(shè)置，形成一個矩形陣列，則血細胞很容易順著沒有遮擋的直線縫隙流出，從而降低對血細胞的截留和過濾效果。

在具體應(yīng)用中，為了實現(xiàn)較好的血細胞過濾效果，需要使每個微柱陣列的柱間距都小于其所需要截留和過濾的血細胞的直徑。

在一個實施例中，腫瘤細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于腫瘤細胞的直徑且大于血液中的單核細胞、白細胞、紅細胞和血小板的直徑。

在具體應(yīng)用中，腫瘤細胞的直徑通常為17μm～52μm，因此，腫瘤細胞截留微柱陣列的柱間距應(yīng)當小于或等于17μm或略大于17μm，以實現(xiàn)對絕大部分腫瘤細胞的截留。例如，腫瘤細胞截留微柱陣列的柱間距可以在17μm～25μm范圍內(nèi)。

如圖2所示，在本實施例中，腫瘤細胞截留微柱陣列1的柱間距為20μm，腫瘤細胞截留微柱直徑為20μm。

在具體應(yīng)用中，腫瘤細胞截留微柱陣列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根據(jù)實際需要設(shè)定，例如，高度可以大于52μm；當腫瘤細胞截留微柱陣列中的微柱寬度范圍為10～30μm，例如，10μm、15μm、20μm、25μm或30μm；當微柱為圓柱時，微柱寬度是指圓柱的直徑；當微柱為方柱時，微柱寬度是指方柱的方形邊長。

在一個實施例中，單核細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于單核細胞的直徑且大于血液中的白細胞、紅細胞和血小板的直徑。

在具體應(yīng)用中，單核細胞的直徑通常為15μm～25μm，因此，單核細胞截留微柱陣列的柱間距應(yīng)當小于或等于15μm或略大于15μm，以實現(xiàn)對絕大部分單核細胞的截留。例如，單核細胞截留微柱陣列的柱間距可以在15μm～17μm范圍內(nèi)。

如圖2所示，在本實施例中，單核細胞截留微柱陣列1的柱間距為15μm，單核細胞截留微柱的直徑為18μm。

在具體應(yīng)用中，單核細胞截留微柱陣列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根據(jù)實際需要設(shè)定，例如，高度可以大于25μm；當單核細胞截留微柱陣列中的微柱的寬度范圍為10μm～30μm，例如，10μm、15μm、20μm、25μm或30μm；當微柱為圓柱時，微柱寬度是指圓柱的直徑；當微柱為方柱時，微柱寬度是指方柱的方形邊長。

在一個實施例中，白細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于白細胞的直徑且大于血液中的紅細胞和血小板的直徑。

在具體應(yīng)用中，白細胞的直徑通常為7μm～10μm、12μm～20μm或14μm～20μm，因此，白細胞截留微柱陣列的柱間距應(yīng)當小于或等于7μm或略大于7μm，以實現(xiàn)對絕大部分白細胞的截留。例如，白細胞截留微柱陣列的柱間距可以在7μm～14μm范圍內(nèi)。

如圖2所示，在本實施例中，白細胞截留微柱陣列1的柱間距為10μm，白細胞截留微柱的直徑為12μm。

在具體應(yīng)用中，白細胞截留微柱陣列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根據(jù)實際需要設(shè)定，例如，高度可以大于20μm；白細胞截留微柱陣列中的微柱寬度范圍為5μm～25μm，例如，5μm、10μm、15μm、20μm或25μm；當微柱為圓柱時，微柱寬度是指圓柱的直徑；當微柱為方柱時，微柱寬度是指方柱的方形邊長。

在一個實施例中，紅細胞截留微柱陣列的柱間距小于或等于紅細胞的直徑且大于血液中的血小板的直徑。

在具體應(yīng)用中，紅細胞的直徑通常為6μm～8μm因此，紅細胞截留微柱陣列的柱間距應(yīng)當小于或等于6μm或略大于6μm，以實現(xiàn)對絕大部分紅細胞的截留。例如，紅細胞截留微柱陣列的柱間距可以在4μm～7μm范圍內(nèi)。

如圖2所示，在本實施例中，紅細胞截留微柱陣列1的柱間距為5μm，紅細胞截留微柱的直徑為10μm。

在具體應(yīng)用中，紅細胞截留微柱陣列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根據(jù)實際需要設(shè)定，例如，高度可以大于8μm；紅細胞截留微柱陣列中的微柱寬度范圍為5μm～25μm，例如，例如，5μm、10μm、15μm、20μm或25μm；當微柱為圓柱時，微柱寬度是指圓柱的直徑；當微柱為方柱時，微柱寬度是指方柱的方形邊長。

如圖3所示，本發(fā)明的一個實施例還提供一種血液分離裝置，其包括上述的血液分離預(yù)處理芯片10，還包括微流控芯片20，微流控芯片20上設(shè)置有與血液分離預(yù)處理芯片10的出口連接的微流道21以及與微流道的出口連接的血漿出口和血細胞出口。

圖3中實心箭頭方向表示血液主流方向。

微流道21包括周期性排列的多個微流道單元211(圖3中虛線圈起來的部分即為一個微流道單元)，多個微流道單元211依次首尾連接。

微流道單元211包括第一半環(huán)形微流道和第二半環(huán)形微流道，第一半環(huán)形微流道出口和第二半環(huán)形微流道的入口無縫對接。

在具體應(yīng)用中，微流道的尺寸可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定。

在一個實施例中，第一半環(huán)形微流道的外徑與內(nèi)徑之差等于第一半環(huán)形微流道上任一處的環(huán)切直徑，第二半環(huán)形微流道的外徑與內(nèi)徑之差小于第二半環(huán)形微流道的最大環(huán)切直徑，第一半環(huán)形微流道的外徑小于第二半環(huán)形微流道的內(nèi)徑。

本實施例所提供的血液分離裝置的工作原理為：

血液流經(jīng)血液分離預(yù)處理芯片被預(yù)處理之后，通過微流控芯片的入口流入微流道，微流道對預(yù)處理之后的血液進行慣性聚焦處理，得到高純度的血漿和血細胞，高純度的血漿經(jīng)血漿出口流出，血細胞經(jīng)血細胞出口流出。

在具體應(yīng)用中，慣性聚焦處理具體是指：通過慣性聚焦來過濾血漿中殘余的小尺寸細胞或顆粒，細胞等顆粒在微流道中流動時，除了受到主流驅(qū)動力向前流動，還在垂直方向受到由流體的速度梯度差導(dǎo)致的剪切力和閉合的通道壁帶來的壁面升力(walleffectliftforce)的影響，剪切力和壁面升力合成為慣性力。在慣性力作用下，細胞將會在微流道內(nèi)的固定位置遷移，因此可用來分離血漿中的血小板和少量紅細胞從而得到高純度的血漿。

如圖4所示，本實施例中示例性的示出了微流道21的具體尺寸結(jié)構(gòu)。圖4中為了示意方便，僅示例性的示出兩個周期的微流道單元。

在本實施例中，第一半環(huán)形微流道的外徑r1與內(nèi)徑r2之差等于第一半環(huán)形微流道上任一處的環(huán)切直徑l1，即r1-r2＝l1；第二半環(huán)形微流道的外徑r3與內(nèi)徑r4之差小于第二半環(huán)形微流道的最大環(huán)切直徑l2，即r3-r4＜l2；第一半環(huán)形微流道的外徑r1小于第二半環(huán)形微流道的內(nèi)徑r4，即r1＜r4；第一半環(huán)形微流道上任一處的環(huán)切直徑l1小于第二半環(huán)形微流道的最大環(huán)切直徑l2，即l1＜l2。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。