一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)及其聚焦檢測(cè)方法及其流體芯片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)及其聚焦檢測(cè)方法及其流體芯片，該流體芯片包括：上蓋片以及下芯片；設(shè)置在所述流體芯片內(nèi)的流體管道，包括：管道入口；以及管道出口；位于管道入口與管道出口之間的檢測(cè)區(qū)；設(shè)置在檢測(cè)區(qū)與管道出口交匯處的分選機(jī)構(gòu)；設(shè)置在下芯片下表面的超聲檢測(cè)區(qū)，超聲檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置超聲裝置，超聲裝置用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦；設(shè)置在下芯片下表面的光檢測(cè)區(qū)，光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，整形激光裝置用于對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射；管道出口包括：分選樣品出口以及未分選樣品出口；分選機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行分選。本發(fā)明技術(shù)方案提高了測(cè)試準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)及其聚焦檢測(cè)方法及其流體芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及細(xì)胞檢測(cè)及分析技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，涉及一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)及其聚焦檢測(cè)方法及其流體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]流式細(xì)胞技術(shù)(Flow Cytometry,簡(jiǎn)稱(chēng)FCM)是現(xiàn)在顯微鏡技術(shù)、化學(xué)熒光染色、電子學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的綜合進(jìn)步的結(jié)合下得以發(fā)展起來(lái)的對(duì)于快速直線(xiàn)流動(dòng)中的單細(xì)胞的特性及其成分，或其他各種微小顆粒(如細(xì)菌)及其負(fù)載物進(jìn)行多參數(shù)分析和分選的技術(shù)，它不僅可測(cè)量細(xì)胞大小、內(nèi)部顆粒的形狀，還可檢測(cè)細(xì)胞表面和細(xì)胞漿抗原、細(xì)胞內(nèi)DNA以及RNA含量等，可對(duì)群體細(xì)胞在單細(xì)胞水平上進(jìn)行分析。在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)分析大量細(xì)胞，并收集、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行多參數(shù)定量分析，能夠分類(lèi)回收某一亞群細(xì)胞。在血液學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、藥物學(xué)、遺傳學(xué)、臨床檢測(cè)學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞動(dòng)力學(xué)以及環(huán)境微生物學(xué)等學(xué)科中有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]流式細(xì)胞技術(shù)需要通過(guò)流式細(xì)胞分析和分選系統(tǒng)(或稱(chēng)流式細(xì)胞儀)進(jìn)行，最新的商業(yè)流式細(xì)胞儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、電子檢測(cè)系統(tǒng)與流體芯片。進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，通過(guò)流體芯片對(duì)細(xì)胞樣品進(jìn)行聚焦，并由外部激光照射，電子測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)散射光信號(hào)以及激發(fā)光信號(hào)對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。
[0004]現(xiàn)有的無(wú)鞘液流式細(xì)胞儀進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，測(cè)試樣品中細(xì)胞是隨機(jī)分布在流體管道內(nèi)，同一細(xì)胞在管道內(nèi)不同位置，其測(cè)試數(shù)據(jù)將會(huì)有較大差異，導(dǎo)致測(cè)試準(zhǔn)確性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)及其聚焦檢測(cè)方法及其流體芯片，提高了測(cè)試準(zhǔn)確性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)流體芯片，該流體芯片包括:
[0007]相對(duì)設(shè)置的上蓋片以及下芯片；
[0008]設(shè)置在所述流體芯片內(nèi)的流體管道，所述流體管道的包括:設(shè)置在所述流體芯片第一端的管道入口 ；設(shè)置在所述流體芯片第二端的管道出口 ；位于所述管道入口與所述管道出口之間的檢測(cè)區(qū)；
[0009]設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)與所述管道出口交匯處的分選機(jī)構(gòu)；
[0010]設(shè)置在所述下芯片下表面的超聲檢測(cè)區(qū)，所述超聲檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚隹.V ?、、，
[0011]設(shè)置在所述下芯片下表面的光檢測(cè)區(qū)，所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射；
[0012]其中，所述管道出口包括:分選樣品出口以及未分選樣品出口 ；在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，所述分選機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行分選。
[0013]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述上蓋片與所述下芯片為可分離結(jié)構(gòu)；所述流體管道為設(shè)置在所述下芯片朝向所述上蓋片一側(cè)表面的凹槽。
[0014]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述上蓋片包括:
[0015]與所述管道入口連通的進(jìn)樣口 ；
[0016]與所述分選樣品出口連通的第一出樣口；
[0017]與所述未分選樣品出口連通的第二出樣口。
[0018]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述上蓋片還包括:
[0019]與所述流體管道連通的分選樣品潤(rùn)洗出口。
[0020]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述分選機(jī)構(gòu)為設(shè)置在所述下芯片朝向所述上蓋片一側(cè)表面的分選凹槽；
[0021]所述上蓋片與所述分選凹槽相對(duì)的區(qū)域設(shè)置有電極通孔。
[0022]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述流體管道包括:
[0023]設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)與所述分選樣品出口之間的分選樣品管道以及位于所述檢測(cè)區(qū)與所述未分選樣品出口之間的未分選樣品管道；
[0024]其中，所述未分選樣品管道的寬度大于所述分選管道的寬度，且所述未分選樣品管道與所述檢測(cè)區(qū)的管道延伸方向相同。
[0025]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述上蓋片與所述下芯片的材料可以為玻璃或是塑料。
[0026]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，當(dāng)所述上蓋片與所述下芯片的材料均為玻璃時(shí)，所述流體管道下方下芯片的厚度、流體管道高度以及流體管道上方的上蓋片的厚度比值為
2:1:2ο
[0027]優(yōu)選的，在上述流體芯片中，所述流體管道在所述流體芯片的延伸方向上的截面為矩形。
[0028]本發(fā)明還提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)，該流式細(xì)胞分選系統(tǒng)包括:
[0029]流體芯片，所述流體芯片為上述任一項(xiàng)所述的流體芯片；
[0030]設(shè)置在所述的超聲檢測(cè)區(qū)的超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦；
[0031]設(shè)置在所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射；
[0032]電子測(cè)試系統(tǒng)，所述電子測(cè)試系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集與分析。
[0033]本發(fā)明還提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的聚焦檢測(cè)方法，該聚焦檢測(cè)方法包括:
[0034]在流體芯片中注入樣品；
[0035]對(duì)所述樣品進(jìn)行超聲聚焦與進(jìn)行平頂光斑照射；
[0036]對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分選。
[0037]通過(guò)上述描述可知，本發(fā)明提供的流體芯片包括:相對(duì)設(shè)置的上蓋片以及下芯片；設(shè)置在所述流體芯片內(nèi)的流體管道，所述流體管道的包括:設(shè)置在所述流體芯片第一端的管道入口 ；設(shè)置在所述流體芯片第二端的管道出口 ；位于所述管道入口與所述管道出口之間的檢測(cè)區(qū)；設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)與所述管道出口交匯處的分選機(jī)構(gòu)；設(shè)置在所述下芯片下表面的超聲檢測(cè)區(qū)，所述超聲檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦；設(shè)置在所述下芯片下表面的光檢測(cè)區(qū)，所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射；其中，所述管道出口包括:分選樣品出口以及未分選樣品出口 ；在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，所述分選機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行分選。
[0038]通過(guò)上述描述可知，所述流體芯片在下方設(shè)置有檢測(cè)區(qū)以及光檢測(cè)區(qū)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行超聲聚焦以及平頂光斑照射，通過(guò)超聲聚焦可以使得流體管道內(nèi)樣品中的細(xì)胞在一個(gè)設(shè)定水平面內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)，通過(guò)進(jìn)行平頂光斑照射，可以保證在所述水平面中不同位置的細(xì)胞受到光照射的強(qiáng)度一致，保證測(cè)試的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1a為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流體芯片的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0041]圖1b為圖1a的局部放大圖；
[0042]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例平頂光斑照射原理示意圖；
[0043]圖3為圖1所不流體芯片的切面圖；
[0044]圖4為圖1所示流體芯片的俯視圖；
[0045]圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種超聲聚焦對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果示意圖；
[0047]圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的聚焦檢測(cè)方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049]本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的流體芯片，所述流體芯片參考圖1a和圖lb，圖1a為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流體芯片的結(jié)構(gòu)不意圖，圖1b為圖1a的局部放大圖，該流體芯片包括:相對(duì)設(shè)置的上蓋片I以及下芯片2。
[0050]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述流體芯片的上蓋片I與下芯片2為可分離結(jié)構(gòu)。所述流體芯片內(nèi)設(shè)置有流體管道。所述流體管道的包括:設(shè)置在所述流體芯片第一端的管道入口21 ;設(shè)置在所述流體芯片第二端的管道出口 ；位于所述管道入口與所述管道出口之間的檢測(cè)區(qū)25。其中，所述管道出口包括:分選樣品出口 22以及未分選樣品出口 23。
[0051]在所述檢測(cè)區(qū)25與所述管道出口交匯處設(shè)置有分選機(jī)構(gòu)。在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，所述分選機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行分選。
[0052]所述流體芯片還包括:設(shè)置在所述下芯片2下表面的超聲檢測(cè)區(qū)以及設(shè)置在所述下芯片2下表面的光檢測(cè)區(qū)。所述超聲檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦。所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射。
[0053]具體的，所述超聲裝置可以為設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)25下方可以產(chǎn)生聲波的換能器。所述換能器通過(guò)超聲耦合膠粘貼在所述下芯片2的下表面。所述超聲耦合膠一方面可以將所述換能器與所述芯片流體固定，另一方面通過(guò)耦合最大限度的把聲波傳輸?shù)搅黧w管道內(nèi)，減少聲波在傳輸過(guò)程中的衰減。
[0054]聲波透射下芯片2流體管道下方的下芯片2、以及檢測(cè)區(qū)25對(duì)應(yīng)的部分流體管道，被上蓋片I反射回來(lái)，并與入射聲波在檢測(cè)區(qū)25對(duì)應(yīng)的流體管道中形成駐波，迫使細(xì)胞聚焦。
[0055]所述超聲裝置固定在所述下芯片2的下方，所述超聲裝置的固定區(qū)域與所述整形激光裝置的激光照明區(qū)均在所述檢測(cè)區(qū)域25的正下方，且沿著樣品流動(dòng)方向排布，所述超聲裝置的固定區(qū)域在所述整形激光裝置的激光照明區(qū)的上游。
[0056]所述流體管道為設(shè)置在所述下芯片2朝向所述上蓋片I 一側(cè)表面的凹槽。當(dāng)進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，將上蓋片I與下芯片2蓋合密封后，將所述凹槽形成所述除出入口外封閉的流體管道。
[0057]所述上蓋片I包括:與所述管道入口 21連通的進(jìn)樣口 11;與所述分選樣品出口22連通的第一出樣口 12 ;與所述未分選樣品出口 23連通的第二出樣口 13。進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，將樣品通過(guò)進(jìn)樣口 11注入，樣品通過(guò)管道入口 21、經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)25后，經(jīng)過(guò)分選機(jī)構(gòu)分選后，一部分樣品通過(guò)分選樣品出口 22后匯聚在第一出樣口 12，另一部分樣品通過(guò)未分選樣品出口 23后匯聚在第二出樣口 13。所述進(jìn)樣口 11、所述第一出樣口 12以及第二出樣口 I均為圓形凹槽結(jié)構(gòu)。在所述進(jìn)樣口 11、所述第一出樣口 12以及第二出樣口 13的底部均設(shè)置有匯聚口 112，所述匯聚口 112小于對(duì)應(yīng)圓形凹槽結(jié)構(gòu)的直徑，與所述下芯片管道入口 21直徑一致。位于進(jìn)樣口 11底部的匯聚口 112可以使得進(jìn)樣口 11進(jìn)行樣品注入時(shí)，避免進(jìn)樣口 11底部存在樣品殘留，位于第一出樣口 12以及第二出樣口 13底部的匯聚口 112可實(shí)現(xiàn)樣品的回收，整個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)少量樣品的聚焦排列以及光學(xué)測(cè)試。
[0058]所述上蓋片還包括:與所述流體管道連通的分選樣品潤(rùn)洗出口 14。在開(kāi)始進(jìn)行樣品注入時(shí)，將管道內(nèi)的初始?xì)馀菖懦?，便于樣品在流體管道內(nèi)流通。
[0059]所述分選機(jī)構(gòu)為設(shè)置在所述下芯片2朝向所述上蓋片I 一側(cè)表面的分選凹槽24。所述上蓋片I與所述分選凹槽24相對(duì)的區(qū)域設(shè)置有電極通孔15。所述電極通孔15包括正極通孔以及負(fù)極通孔，通電后產(chǎn)生分選氣泡。
[0060]所述流體管道包括:設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)25與所述分選樣品出口 22之間的分選樣品管道以及位于所述檢測(cè)區(qū)25與所述未分選樣品出口 23之間的未分選樣品管道。所述檢測(cè)區(qū)25為上述光檢測(cè)區(qū)中的流體管道部分。其中，所述未分選樣品管道的寬度大于所述分選管道的寬度，且所述未分選樣品管道與所述檢測(cè)區(qū)的管道延伸方向相同，使得未分選樣品管道的流阻小于分選管道的流阻，在分選機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，使得樣品中的細(xì)胞自動(dòng)進(jìn)入未分選樣品管道，再通過(guò)未分選樣品出口 23，匯聚在第二出樣口 13。
[0061]當(dāng)進(jìn)行樣品檢測(cè)后，通過(guò)設(shè)置在正極通孔內(nèi)的電源正極以及設(shè)置在負(fù)極通孔內(nèi)的電源負(fù)極對(duì)分選凹槽24內(nèi)的液體進(jìn)行電解，形成氫氣和氧氣，氫氣和/或氧氣形成的氣泡會(huì)對(duì)檢測(cè)區(qū)流出的樣品進(jìn)行分選，分選出和設(shè)定散射光、熒光屬性一致的細(xì)胞一部分樣品通過(guò)分選樣品通道以及分選樣品出口 22后匯聚在第一出樣口 12，其他樣品通過(guò)未分選樣品管道以及未分選樣品出口 23后匯聚在第二出樣口 13。
[0062]本實(shí)施例中，所述上蓋片與所述下芯片的材料可以為玻璃或是塑料。
[0063]當(dāng)所述上蓋片與所述下芯片的材料均為玻璃時(shí)，所述流體管道下方下芯片的厚度、流體管道高度以及流體管道上方的上蓋片的厚度比值為2:1:2，以便于在25管道中形成駐波，迫使細(xì)胞聚焦，實(shí)現(xiàn)超聲聚焦。所述流體管道在所述流體芯片的延伸方向上的截面為矩形或是圓形，本實(shí)施例中優(yōu)選為矩形。矩形結(jié)構(gòu)便于成型制作，制作成本低。
[0064]在上蓋片I中:進(jìn)樣口 11為18mm直徑，高4mm的小圓形槽；第一出樣口 12、第二出樣口 13均為14mm直徑槽。進(jìn)出口槽底部都有5mm直接匯聚口 112。Imm管道16用于插入散射光檢測(cè)光纖，散射光檢測(cè)光纖用于收集散射光信號(hào)。
[0065]進(jìn)樣口 11為大圓形的儲(chǔ)液池，其上沿高于流體管道部分，能儲(chǔ)存ImL體積以?xún)?nèi)樣品。進(jìn)樣口 11和第一出樣口 12以及第二出樣口 133可以均采用逐漸收縮漸變的方式。且優(yōu)選的，流體管道底部可以在垂直方向上逐漸變低，有利于減少進(jìn)樣死體積和避免氣泡。
[0066]在下芯片2中:檢測(cè)區(qū)25為直線(xiàn)長(zhǎng)方形，高度尺寸為0.14mm，寬度尺寸為0.1mm,長(zhǎng)度約3cm，需驅(qū)動(dòng)的超聲波頻率為5MHz。下芯片2與上蓋片I粘接密封后完成密封。電極通孔15插入電極，控制電極電壓對(duì)水溶液電解產(chǎn)生氣泡，推動(dòng)細(xì)胞到分選樣品出口 22。
[0067]下芯片2的檢測(cè)區(qū)25垂直方向設(shè)有管道26，其和上蓋片I中管道16粘接后形成空腔，便于插入側(cè)向散射光檢測(cè)頭，用于收集散射光信號(hào)。分選結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)口位于檢測(cè)區(qū)25下游0.2_，為Y型分叉管道，連通分選樣品出口 22與未分選樣品出口 23 ;驅(qū)動(dòng)口為喇叭狀漸變?cè)O(shè)計(jì)，逐步擴(kuò)大為到橢圓形腔室的分選凹槽24。
[0068]上蓋片I稍厚，包含進(jìn)樣口 11，第一出樣口 12以及第二出樣口 13兩個(gè)出口，以及電極通孔15。上蓋片I通過(guò)尺寸配合和在下芯片2裝配并粘連一起。裝配由密封膠完成，進(jìn)樣口 11、第一出樣口 12、第二出樣口 13、分選樣品潤(rùn)洗出口 14以及電極通孔15在生產(chǎn)以及加樣前均由薄膜密封，保證密封性，使用中可在用無(wú)菌操作臺(tái)內(nèi)槍頭扎破。
[0069]流體管道經(jīng)過(guò)親水化涂覆處理，在管道漸變?nèi)肟谔幃a(chǎn)生類(lèi)似毛細(xì)管的虹吸作用，便于樣品初始進(jìn)樣，以及減少進(jìn)樣最后死體積。為保持樣品的持續(xù)流動(dòng)，上樣后的流體芯片經(jīng)過(guò)加持臺(tái)固定后，在進(jìn)樣口 11處產(chǎn)生施加正向氣體壓力。
[0070]芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，由控制系統(tǒng)施加特定波長(zhǎng)的超聲場(chǎng)后，管道中運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞在豎直方向上被聚焦到管道駐波節(jié)點(diǎn)，即管道中央水平面上。超聲限制了細(xì)胞在一個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)位置，即一個(gè)在平面進(jìn)樣。
[0071]為保證該平面中不同位置的細(xì)胞受到激光照射的強(qiáng)度一致，可采用矩形均勻分布的光斑。管道中檢測(cè)區(qū)就是平頂光斑照射區(qū)，該光斑由二元光學(xué)元件產(chǎn)生，特點(diǎn)在于場(chǎng)強(qiáng)分布是矩形而非橢圓的高斯形，這樣水平方向上不同進(jìn)樣位置的細(xì)胞測(cè)量將不受激發(fā)光的強(qiáng)度不均的影響。
[0072]參考圖2，圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例平頂光斑照射原理示意圖，本申請(qǐng)實(shí)施例保證水平方向不同位置的細(xì)胞受到激發(fā)的光強(qiáng)度一致，在超聲聚焦區(qū)下游的激光照明區(qū)，通過(guò)二元光學(xué)鏡頭將傳統(tǒng)的圓形或者橢圓激光光斑，替換為長(zhǎng)方形平頂光斑251，平頂光斑照射的檢測(cè)區(qū)25的區(qū)域?yàn)檫M(jìn)行檢測(cè)的光學(xué)檢測(cè)區(qū)。圖2為檢測(cè)區(qū)25的俯視圖，檢測(cè)區(qū)25內(nèi)的光強(qiáng)E為均勻光強(qiáng)分布，避免了橢圓光斑的高斯光強(qiáng)分布導(dǎo)致的激發(fā)光強(qiáng)度差異。綜上所述，本發(fā)明采用芯片超聲二維聚焦配合平頂光斑，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)流式中鞘液三維聚焦加點(diǎn)光源照明的方案，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。且本申請(qǐng)可將樣品直接注入流體管道內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，避免鞘液的使用。
[0073]參考圖3-圖4，圖3為圖1所示流體芯片的切面圖，圖4為圖1所示流體芯片的俯視圖。圖3與圖4僅為圖1中對(duì)應(yīng)檢測(cè)區(qū)25的局部示意圖。下芯片2與上蓋片I粘接密封后完成密封后，在流體通道內(nèi)進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，樣品通過(guò)換能器44的超聲覆蓋區(qū)域后進(jìn)行聚焦。本實(shí)施例中，所述換能器44為壓電陶瓷(PZT)，設(shè)置在下芯片2的下方，其對(duì)檢測(cè)區(qū)25的對(duì)應(yīng)區(qū)域的流體管道發(fā)射超聲，聲波在流體管道內(nèi)形成駐波41，對(duì)流體管道內(nèi)的樣品微粒進(jìn)行聚焦，使得微粒在一個(gè)設(shè)定平面(圖3中虛線(xiàn)所示)內(nèi)流動(dòng)。設(shè)置下芯片2側(cè)面的整形激光裝置42發(fā)射的光波經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)駐波41對(duì)應(yīng)區(qū)域下游的光檢測(cè)區(qū)進(jìn)行由下至上的平頂光斑照射，形成光學(xué)檢測(cè)區(qū)36。檢測(cè)后的樣品經(jīng)過(guò)分選凹槽24進(jìn)行分選后，通過(guò)分選樣品出口 22或未分選樣品出口 23后進(jìn)行回收處理。
[0074]傳統(tǒng)的流體芯片采用細(xì)胞靜電偏轉(zhuǎn)分離技術(shù)，是空氣開(kāi)放式的設(shè)計(jì)，其高頻震蕩產(chǎn)生的液滴會(huì)產(chǎn)生氣溶膠污染，導(dǎo)致生物危害。本申請(qǐng)實(shí)施例所述流體芯片采用密封式測(cè)試，安全性更高，且不會(huì)產(chǎn)生污染。
[0075]在實(shí)際樣品檢測(cè)中常期望樣品消耗量盡量少，如低于50 μ L，尤其是對(duì)人外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞以及法醫(yī)鑒定等少量珍貴待分離的樣品。但現(xiàn)有流體芯片均引入鞘液來(lái)包裹樣品細(xì)胞溶液，額外加入的大量鞘液稀釋了樣品，不利于其分析后回收再使用；芯片上分選后的少量細(xì)胞也會(huì)被鞘液稀釋?zhuān)瑢?dǎo)致分選后細(xì)胞難以被找到。本申請(qǐng)實(shí)施例所述流體芯片通過(guò)尺寸較小的流體管道，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的進(jìn)樣口以及出樣口設(shè)計(jì)可以提高樣品測(cè)試時(shí)樣品的利用率以及樣品分選后的回收率，可以實(shí)現(xiàn)體積較小的樣品的測(cè)試。
[0076]可見(jiàn)，本申請(qǐng)實(shí)施例所述流體芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，除了實(shí)現(xiàn)少量細(xì)胞樣品進(jìn)樣時(shí)的聚焦排列和精確檢測(cè)，還便于和其他技術(shù)集成和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，如片上集成的氣泡微栗分選。其結(jié)構(gòu)小巧，也能多路并行設(shè)計(jì)，提高細(xì)胞檢測(cè)與分離的通量。
[0077]本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)，參考圖5，圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該流式細(xì)胞分選系統(tǒng)包括:流體芯片34，所述流體芯片為上述任一種實(shí)施方式所述的流體芯片；設(shè)置在所述的超聲檢測(cè)區(qū)的超聲裝置(圖5中未示出)，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦；設(shè)置在所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射；電子測(cè)試系統(tǒng)，所述電子測(cè)試系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集與分析，并控制分選電壓邏輯。
[0078]流體芯片34的流體管道基本為Y型或十字交叉結(jié)構(gòu)，在進(jìn)樣口處加正壓配合入口處虹吸力將細(xì)胞樣品持續(xù)加入到流體管道中，這時(shí)細(xì)胞在流體管道中隨機(jī)排布。流體芯片外置的換能器(如可以為壓電陶瓷)通過(guò)超聲耦合膠貼緊流體芯片34下表面，它形成周期性的聲波振動(dòng)透射管道中的溶液，并在上蓋片和空氣的表面處發(fā)生反射，在管道中間形成駐波。在該聲壓駐波節(jié)點(diǎn)處細(xì)胞的勢(shì)能最弱，迫使細(xì)胞聚焦到管道的中間部位。需要說(shuō)明的是，圖5中為示出所述換能器，其具體實(shí)現(xiàn)方式可參見(jiàn)上述實(shí)施例中描述，在此不再贅述。
[0079]換能器下游的聲波聚焦點(diǎn)就是光學(xué)檢測(cè)區(qū)36，流體芯片一側(cè)設(shè)置整形激光裝置42，整形激光裝置42通過(guò)二元光學(xué)制備的鏡頭將激發(fā)光整形成平頂?shù)木匦喂獍?，由下至上照射光學(xué)檢測(cè)區(qū)36，進(jìn)而照射到細(xì)胞上并產(chǎn)生散射光和激發(fā)熒光信號(hào)。細(xì)胞的物理與化學(xué)性質(zhì)就反應(yīng)在這些光信號(hào)上，它們被收集鏡頭37收集并由二向色鏡系統(tǒng)32分離到各個(gè)不同的PMT (光電倍增管)31檢測(cè)通道中，最后在電子測(cè)試系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)保存和顯示出來(lái)。電子測(cè)試系統(tǒng)圖3中未示出，其與各個(gè)光電倍增管31連接，獲取數(shù)據(jù)參數(shù)。散射光檢測(cè)頭33通過(guò)散射光檢測(cè)光纖進(jìn)行散射光信號(hào)收集，散射光檢測(cè)頭33與電子測(cè)試系統(tǒng)連接。
[0080]不同細(xì)胞其散射光和特異性結(jié)合的熒光強(qiáng)度會(huì)有所不同，細(xì)胞的這些信息被檢測(cè)出來(lái)再經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)的下游時(shí)，電子測(cè)試系統(tǒng)會(huì)依據(jù)這些不同產(chǎn)生合適的氣泡驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)而將細(xì)胞分離到不同的管道中去。分離的功能還可以由高速切換的電磁閥、壓電陶瓷閥完成，通過(guò)快速打開(kāi)與關(guān)閉通道，改變它們的流阻特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)指定細(xì)胞的分離功能。分離后的細(xì)胞被回收到收集出口或收集管中。
[0081]需要說(shuō)明的，所述流式細(xì)胞分選系統(tǒng)中流體芯片、超聲裝置以及整形激光裝置的連接關(guān)系以及結(jié)構(gòu)與上述流體芯片實(shí)施例中相同，可參見(jiàn)上述實(shí)施例描述，在此不再贅述。
[0082]在本申請(qǐng)實(shí)施例所述流式細(xì)胞分選系統(tǒng)中，如采用流體管道截面為矩形的流體芯片，其流體管道內(nèi)超聲諧振頻率為1.47MHz，如采用流體管道截面為圓形的流體芯片，其流體管道內(nèi)超聲諧振頻率為700KHZ。
[0083]參考圖6，圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種超聲聚焦對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果示意圖。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)換能器處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，如圖6中左圖①所示，微粒在流體管道中呈隨機(jī)散布狀態(tài)；當(dāng)換能器處于工作狀態(tài)時(shí)，如圖6中右圖②所示，微粒在流體管道中被聚集在流體管道中部的一個(gè)水平面(圖中虛線(xiàn)所示的聚焦平面)。由此說(shuō)明，超聲驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)有效的聚焦。圖6為流體管道的局部側(cè)視圖。
[0084]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察到樣品的流速為8.2mm/s和32.8mm/s時(shí)，樣品中微粒具有兩種狀態(tài)。在流體管道側(cè)視圖中可觀測(cè)到，當(dāng)樣品的流速為8.2cm/s時(shí)，微粒在幾乎在一條直線(xiàn)(上述水平面在側(cè)視圖上為直線(xiàn))上；當(dāng)樣品的流速為32.8cm/s時(shí)，微粒聚集在中間帶上，并不完全在一條直線(xiàn)上。可見(jiàn)，聲場(chǎng)需要建立時(shí)間，流速越慢，聚焦緊密度越高，所需聚焦距離越短。故進(jìn)行超聲聚焦時(shí)，根據(jù)微粒大小設(shè)置流速。
[0085]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察到樣品的相同流速下，相同換能器工作電壓下，微粒大小分別為20um和1um時(shí)，微粒具有兩種狀態(tài)。當(dāng)微粒大小為20um時(shí)，微粒在幾乎在一條直線(xiàn)上，聚集效果較好；當(dāng)微粒大小為1um時(shí)，微粒聚集在中間帶上，并不完全在一條直線(xiàn)上，聚集效果較差?？梢?jiàn)，顆粒直徑越大，粘滯加速度越小，聚焦效果越明顯；顆粒直徑大，容易聚團(tuán)。
[0086]當(dāng)加載電壓大小為16V時(shí)，微粒在幾乎在一條直線(xiàn)上，聚集效果較好；當(dāng)微粒大小為6.4V時(shí)，微粒聚集在中間帶上，并不完全在一條直線(xiàn)上，聚集效果較差。可見(jiàn)，聲場(chǎng)力正比于驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率，超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅值越大，聚集速度越快；
[0087]在所述流式細(xì)胞分選系統(tǒng)中可以通過(guò)超聲聚焦以及平頂光斑照射實(shí)現(xiàn)流式細(xì)胞分選與數(shù)據(jù)測(cè)試。測(cè)試效果準(zhǔn)確，可提高檢測(cè)靈敏度。
[0088]流體芯片可以為塑料芯片或玻璃芯片，工藝成熟便于一次性化避免交叉污染，體系無(wú)菌密封可有效避免生物污染；而且聚焦驅(qū)動(dòng)源壓電陶瓷外置，僅需要一小塊設(shè)置在檢測(cè)區(qū)的下方，不浪費(fèi)壓電陶瓷成本。同時(shí)流體芯片可以避免鞘液的使用，進(jìn)一步縮減成本，還避免了對(duì)樣品和分選細(xì)胞的稀釋。
[0089]系統(tǒng)采用平頂光斑技術(shù)，保證二維聚焦后的細(xì)胞即便在水平方向上的不同位置，也受到相同強(qiáng)度的激光照射，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。芯片上集成的氣泡驅(qū)動(dòng)還可完成指定細(xì)胞的分選。
[0090]本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種流式細(xì)胞分選方法，用于上述流式細(xì)胞分選系統(tǒng)，參考圖7，圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種流式細(xì)胞分選方法的流程示意圖，該流式細(xì)胞分選方法包括:
[0091 ] 步驟S11:在流體芯片中注入樣品。
[0092]步驟S12:對(duì)所述樣品進(jìn)行超聲聚焦與進(jìn)行平頂光斑照射。
[0093]步驟S13:對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分選。
[0094]所述流式細(xì)胞分選方法在超聲聚焦后進(jìn)行平頂光斑照射，能夠使得樣品中細(xì)胞在一個(gè)水平面內(nèi)流動(dòng)，且使得細(xì)胞在所述水平面內(nèi)收到的激光照射強(qiáng)度一致，保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性。
[0095]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的流體芯片，其特征在于，包括: 相對(duì)設(shè)置的上蓋片以及下芯片； 設(shè)置在所述流體芯片內(nèi)的流體管道，所述流體管道的包括:設(shè)置在所述流體芯片第一端的管道入口 ；設(shè)置在所述流體芯片第二端的管道出口 ；位于所述管道入口與所述管道出口之間的檢測(cè)區(qū)； 設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)與所述管道出口交匯處的分選機(jī)構(gòu)； 設(shè)置在所述下芯片下表面的超聲檢測(cè)區(qū)，所述超聲檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦； 設(shè)置在所述下芯片下表面的光檢測(cè)區(qū)，所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射； 其中，所述管道出口包括:分選樣品出口以及未分選樣品出口 ；在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)，所述分選機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行分選。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體芯片，其特征在于，所述上蓋片與所述下芯片為可分離結(jié)構(gòu)；所述流體管道為設(shè)置在所述下芯片朝向所述上蓋片一側(cè)表面的凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體芯片，其特征在于，所述上蓋片包括: 與所述管道入口連通的進(jìn)樣口； 與所述分選樣品出口連通的第一出樣口； 與所述未分選樣品出口連通的第二出樣口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體芯片，其特征在于，所述上蓋片還包括: 與所述流體管道連通的分選樣品潤(rùn)洗出口。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體芯片，其特征在于，所述分選機(jī)構(gòu)為設(shè)置在所述下芯片朝向所述上蓋片一側(cè)表面的分選凹槽； 所述上蓋片與所述分選凹槽相對(duì)的區(qū)域設(shè)置有電極通孔。6.根據(jù)權(quán)利要求5述的流體芯片，其特征在于，所述流體管道包括: 設(shè)置在所述檢測(cè)區(qū)與所述分選樣品出口之間的分選樣品管道以及位于所述檢測(cè)區(qū)與所述未分選樣品出口之間的未分選樣品管道； 其中，所述未分選樣品管道的寬度大于所述分選管道的寬度，且所述未分選樣品管道與所述檢測(cè)區(qū)的管道延伸方向相同。7.根據(jù)權(quán)利要求5述的流體芯片，其特征在于，所述上蓋片與所述下芯片的材料可以為玻璃或是塑料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體芯片，其特征在于，當(dāng)所述上蓋片與所述下芯片的材料均為玻璃時(shí)，所述流體管道下方下芯片的厚度、流體管道高度以及流體管道上方的上蓋片的厚度比值為2:1:2。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體芯片，其特征在于，所述流體管道在所述流體芯片的延伸方向上的截面為矩形。10.一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)，其特征在于，包括: 流體芯片，所述流體芯片為權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的流體芯片； 設(shè)置在所述的超聲檢測(cè)區(qū)的超聲裝置，所述超聲裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述流體管道內(nèi)的樣品進(jìn)行超聲聚焦； 設(shè)置在所述光檢測(cè)區(qū)用于設(shè)置整形激光裝置，所述整形激光裝置用于在所述流體芯片進(jìn)行樣品檢測(cè)時(shí)對(duì)所述檢測(cè)區(qū)的樣品進(jìn)行平頂光斑照射； 電子測(cè)試系統(tǒng)，所述電子測(cè)試系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集與分析。11.一種流式細(xì)胞分選系統(tǒng)的聚焦檢測(cè)方法，其特征在于，包括: 在流體芯片中注入樣品； 對(duì)所述樣品進(jìn)行超聲聚焦與進(jìn)行平頂光斑照射； 對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分選。
【文檔編號(hào)】G01N15/14GK105987870SQ201510070063
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】王東, 程振, 梅丹陽(yáng), 安棟梁, 陽(yáng)巍, 秦曉琨
【申請(qǐng)人】博奧生物集團(tuán)有限公司, 清華大學(xué)