阅读说明：本技术 一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法 (Micro-fluidic chip and method for cell sorting and positioning ) 是由 靳欣 李歧强 韩琳 王兴元 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法,该芯片包括主流道、分选流道和压力控制流道,主流道一端为样品注射口和鞘液注射口,另一端为主流道出口；分选流道和压力控制流道一端密封,另一端分别为分选流道出口和压力控制流道出口；主流道和分选流道之间通过数个连接流道连接,分选流道和压力控制流道之间通过数个微流道连接；分选流道与微流道连接处为碗状结构；分选流道和压力控制流道设置多组,沿着主流道的样品流动方向依次分布于主流道的不同位置,且每组分选流道与主流道之间的连接流道的直径逐级增大,本发明所公开的芯片聚焦精度高,成本低廉,实验步骤简单,对于海洋生态环境研究以及动物组织或血液样品检测预处理非常有意义。(The invention discloses a micro-fluidic chip for cell sorting and positioning and a method thereof, wherein the chip comprises a main flow channel, a sorting flow channel and a pressure control flow channel, wherein one end of the main flow channel is provided with a sample injection port and a sheath fluid injection port, and the other end of the main flow channel is provided with a main flow channel outlet; one end of the separation flow channel and one end of the pressure control flow channel are sealed, and the other end of the separation flow channel and the other end of the pressure control flow channel are respectively a separation flow channel outlet and a pressure control flow channel outlet; the main flow channel is connected with the separation flow channel through a plurality of connecting flow channels, and the separation flow channel is connected with the pressure control flow channel through a plurality of micro flow channels; the joint of the sorting flow channel and the micro flow channel is of a bowl-shaped structure; the chip disclosed by the invention has the advantages of high focusing precision, low cost and simple experimental steps, and is very significant for marine ecological environment research and animal tissue or blood sample detection pretreatment.)

一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法

技术领域

本发明涉及微流控技术，特别涉及一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法。

背景技术

在海洋生态环境研究中，微藻作为沿海水域的主要能量来源，对近海环境有着重要的影响。通过荧光和图像的识别，可以获得微藻的种类、繁殖和生物量，从而对水体环境进行评价和预测。而生物组织与血液样本的分离观察也在科学研究、疾病诊疗方面有重大意义。

但显微镜的聚焦和细胞的重叠是图像采集和荧光识别的主要挑战。通过降低样品浓度，可在一定程度上缓解细胞图像重叠的问题。但是会带来大量空白图片，对于检测效率和后期图像处理都会带来不利的影响。现阶段解决这一问题的最好方法是使用流式细胞仪，但流式细胞仪价格高、体积大、不便于携带并且检测步骤复杂，检测成本也比较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法，以达到可有效改善聚焦精度不高，细胞图像重叠等问题、成本低廉，实验步骤简单的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种细胞分选与定位的微流控芯片，包括主流道、分选流道和压力控制流道，所述主流道一端为样品注射口和鞘液注射口，另一端为主流道出口；所述分选流道和压力控制流道一端密封，另一端分别为分选流道出口和压力控制流道出口；所述主流道和分选流道之间通过数个连接流道连接，所述分选流道和压力控制流道之间通过数个微流道连接；所述分选流道与微流道连接处为碗状结构；所述分选流道和压力控制流道设置多组，沿着主流道的样品流动方向依次分布于主流道的不同位置，且每组分选流道与主流道之间的连接流道的直径逐级增大。

上述方案中，所述主流道为由水平段和弯曲段构成的S型流道，所述分选流道和压力控制流道位于S型的水平段外侧，且与水平段平行。

上述方案中，所述微流道的直径远低于细胞的直径。

上述方案中，所述分选流道出口和压力控制流道出口位于相对远离的两端。

进一步的技术方案中，所述芯片为PDMS，PMMA，硅或玻璃材质。

一种细胞分选与定位的方法，采用上述的细胞分选与定位的微流控芯片，包括如下过程：

先从样品注射口和鞘液注射口分别注入含有细胞的样品溶液与鞘液，并从第一组压力控制流道出口抽出液体，样品溶液中尺寸最小的一批细胞由连接流道进入分选流道，并进入碗状结构内，之后依次打开后面组的压力控制流道出口并抽出液体，使得样品溶液内的细胞按照从小到大的顺序被分选出来，并定位在碗状结构内；然后进行图像检测，最后通过压力控制流道出口加压，从分选流道出口抽出液体，位于碗状结构内的细胞从不同的分选流道被抽出，从而得到处于一定尺寸区间的细胞，以便下一步的检测分析。

通过上述技术方案，本发明提供的细胞分选与定位的微流控芯片通过不同直径的连接流道连接主流道和分选流道，使得不同尺寸的细胞依次进入到不同的分选流道中，并在碗状结构中定位，并由压力控制流道控制碗状结构内的压力，使得细胞可以定位在碗状结构中，便于进行图像检测，可以有效提高显微镜的聚焦精度，同时彻底解决细胞叠加的问题，并且待识别的细胞整齐排列，可大大提高模式识别的精确性。

同时，本发明采用S型主流道，流道面积小，相比于大面积的待分选区域可以降低光刻胶应力，从而提高制作的成品率。采用样品注射口和鞘液注射口构成的双液体入口与S型主流道，利用层流与离心力，可使绝大多数细胞沿主流道外侧运动，进而使得绝大多数最大尺寸以内的细胞都会被筛选定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种细胞分选与定位的微流控芯片内部结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的局部放大示意图。

图中，1、主流道；2、分选流道；3、压力控制流道；4、样品注射口；5、鞘液注射口；6、主流道出口；7、分选流道出口；8、压力控制流道出口；9、连接流道；10、微流道；11、碗状结构；12、细胞。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种细胞分选与定位的微流控芯片及方法，如图1所示的结构，该芯片可有效改善细胞图像采集质量，对于海洋生态环境研究以及动物组织或血液样品等动物类样本的检测预处理都具有非常重大的意义。

如图1所示的细胞分选与定位的微流控芯片，包括主流道1、分选流道2和压力控制流道3，主流道1一端为样品注射口4和鞘液注射口5，另一端为主流道出口6；分选流道2和压力控制流道3一端密封，另一端分别为分选流道出口7和压力控制流道出口8，分选流道出口7和压力控制流道出口8位于相对远离的两端，这样可以保证任何一个动作，压力都会穿过整个流道，而不是形成短暂的回路。

主流道1和分选流道2之间通过数个连接流道9连接，分选流道2和压力控制流道3之间通过数个微流道10连接；分选流道2与微流道10连接处为碗状结构11。微流道10的直径远低于细胞12的直径，可以避免有细胞通过微流道10进入压力控制流道3内。

主流道1为由水平段和弯曲段构成的S型流道，分选流道2和压力控制流道3设置多组，沿着主流道1的样品流动方向依次分布于S型流道的水平段外侧，且与水平段平行，每组分选流道2与主流道1之间的连接流道9的直径逐级增大。从图1可以看出，位于最上层的连接流道9直径最小，最下层的连接流道9直径最大，这样可以分批把不同尺寸的细胞12分选并定位出来。

本发明设计的S型流道可以使得细胞在层流的作用下，细胞溶液偏向S型流道的外侧，便于进入分选流道2内。

本发明设计的微流控芯片结构强度高，因此对材质没有过多需求，可使用多种材料进行制作，PDMS，PMMA，硅或玻璃等材质均可。

一种细胞分选与定位的方法，采用上述的细胞分选与定位的微流控芯片，包括如下过程：

先从样品注射口4和鞘液注射口5分别注入含有细胞的样品溶液与鞘液，并利用外部压力控制装置从第一组压力控制流道3出口抽出液体，样品溶液中尺寸最小的一批细胞由连接流道进入分选流道2，并进入碗状结构11内，之后依次打开后面组的压力控制流道出口8并抽出液体，使得样品溶液内的细胞按照从小到大的顺序被分选出来，并定位在碗状结构11内；然后进行图像检测，最后通过压力控制流道出口8加压，从分选流道2出口抽出液体，使得位于碗状结构11内的细胞从不同的分选流道2被抽出，从而得到处于一定尺寸区间的细胞，以便下一步的检测分析。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。