本技术属于生物技术工程及医学领域,涉及一种用于高效过滤细胞的微流控芯片。
背景技术:
1、在生物、医学等生命科学研究及工程领域,细胞培养、收集、洗涤、染色以及鉴定等是最基本的操作内容。目前,这些最基本的操作内容普遍通过离心的方法(离心力大约在100-300g 之间)来收集或处理溶液中的细胞。
2、然而,离心法存在明显的局限性:
3、首先,细胞收集与处理往往涉及多步离心,但每次离心大约会损失7%数量的细胞,尽管这一损失比例在离心大量细胞时不会造成明显误差,但却不适用于微量细胞的收集与处理。例如,很多医学样本(例如唾液、胸腔积液、腹水、尿液)中存在的细胞数量往往极少(几个到几万个),并且具有特定生物学功能的细胞数量也很少(往往细胞数量比例仅有 1%或以下)。因此,通过离心方法收集或处理细胞时,细胞数量损失将会非常明显。
4、其次,离心操作的耗时长(每一步离心大约需要 5-10 分钟),完成一个完整的细胞相关试验需要的时长往往超过 30 分钟,甚至达到数小时,这将极大损伤细胞的活性。因此,亟待开发一种能有效收集或处理细胞的装置来解决上述问题。
5、我们以前提出了一种收集或处理微量细胞的微流控芯片,为替代离心技术提供了有价值的思路。然而,前期开发的微流控芯片仅仅适用于微量细胞的过滤或处理,并且细胞溶液的进样速度仅为10-500μl/min,这在收集一些医学样本(例如,积液等)中的细胞时不适用,因为其样本量往往超过 50ml,耗时太长,因而在实际应用上具有局限性。
技术实现思路
1、针对上述技术背景中提出的问题,本实用新型设计的目的在于提供一种高效过滤细胞的微流控芯片,具体通过以下技术方案加以实现:
2、一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,包括依次粘结设置的上盖片、基片及下盖片,所述基片的反面设置有进样区,基片的正面设置有过滤区,所述进样区与过滤区从基片的两端向基片的中部位置延伸并通过微孔连通;
3、进样区包括依次设置的第一进样微流通道、预混区及第二进样微流通道,所述微孔设置在第二进样微流通道的端部位置;
4、过滤区包括以微孔为中心的细胞汇集区、环形过滤围挡、溶液滤出区及与溶液滤出区连通的第一滤出微孔通道,所述第一滤出微孔通道连接第二滤出微孔通道,第二滤出微孔通道的端部连接有溶液汇集区,溶液汇集区连通微流通道,所述微流通道延伸到基片的边缘处。
5、上述设置,在驱动装置的作用下,细胞溶液从基片反面进样,依次通过第一进样微流通道、预混区、第二进样微流通道和微孔后,进入到基片正面的细胞汇集区,该区域外围被一个环形过滤围挡环绕,其表面包含 v 型微流通道,可将细胞阻隔在细胞汇集区,溶液则被滤出至溶液滤出区,然后经两组第一滤出微孔通道和第二滤出微孔通道两次汇流后,汇合到溶液汇集区,最后通过微流通道,将滤出的溶液排出。
6、进一步地,所述第一进样微流通道、第二进样微流通道、第一滤出微孔通道、第二滤出微孔通道及微流通道的深度与宽度均为0.2-0.5mm,且选用方槽型结构或半圆槽型结构,该设置可保证细胞溶液的高速流动。
7、进一步地,所述细胞汇集区呈圆形,直径为 0.5-4cm,具体取决于需要过滤的细胞总数量,所述环形过滤围挡围绕在细胞汇集区的外围,且环形过滤围挡的宽度为 0.5-2mm、高度为 0.1-1mm,环形过滤围挡的上表面低于基片正面的上表面 0.2-1.0µm。
8、上述设置可实现细胞溶液在 360 度方向上的无死角过滤,最大限度地提高了溶液的滤出通量。此外,环形过滤围挡的高度低于基片正面的上表面 0.2-1.0µm,降低内、外压力差的同时,进一步提高了溶液的滤出效率。
9、进一步地,所述形过滤围挡的表面由 v 型通道等间隔排列构成,v 型通道的开口间距为 0.2-0.5µm,其间距中线的深度为 0.5-1.0µm,相邻 v 型通道的间隔 20-500µm。
10、上述设置,v 型通道的尺寸远小于细胞尺寸,不仅能将细胞阻隔在细胞汇集区,而且同时避免通道的阻塞。
11、进一步地,所述溶液滤出区为圆环形,宽度为 0.5-2mm,其内沿的上表面比外沿的上表面低 0.2-1.0µ,且包含四个等间距出口,其分别与两组第一滤出微孔通道以垂直角度连接,然后两组第一滤出微孔通道分别与两组第二滤出微流通道连接,从而实现滤出溶液在 360 度方向上近乎等力矩滤出,保证了环形过滤围档发挥最大的过滤效率。
12、进一步地,微流控芯片可以由硅片、玻璃以及高分子聚合物制成的硬质材料制作。
13、与现有技术相比,本实用新型提出的微流控芯片结构设计合理,通过在基片正反面设置的进样区和过滤区,实现在每分钟毫升级体积上过滤出溶液中的细胞,与现有技术相比,时间大大缩短,拓展了微流控芯片的应用范围,从而为生物学和医学研究及应用提供了一种便利工具。
1.一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,其特征在于包括依次粘结设置的上盖片(1)、基片(2)及下盖片(3),所述基片(2)的反面设置有进样区,基片的正面设置有过滤区,所述进样区与过滤区从基片(2)的两端向基片(2)的中部位置延伸并通过微孔(7)连通;
2.如权利要求 1 所述的一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,其特征在于所述第一进样微流通道(4)、第二进样微流通道(6)、第一滤出微孔通道(11)、第二滤出微孔通道(12)及微流通道(14)的深度与宽度均为 0.2-0.5mm,且选用方槽型结构或半圆槽型结构。
3.如权利要求 1 所述的一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,其特征在于所述细胞汇集区(8)呈圆形,直径为 0.5-4cm,所述环形过滤围挡(9)围绕在细胞汇集区(8)的外围,且环形过滤围挡(9)的宽度为 0.5-2mm、高度为 0.1-1mm,环形过滤围挡(9)的上表面低于基片(2)正面的上表面 0.2-1.0µm。
4.如权利要求 1 所述的一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,其特征在于所述环形过滤围挡(9)的表面由 v 型通道等间隔排列构成, v型通道的开口间距为 0.2-0.5µm,其间距中线的深度为 0.5-1.0µm,相邻 v 型通道的间隔 20-500µm。
5.如权利要求 1 所述的一种用于高效过滤细胞的微流控芯片,其特征在于所述溶液滤出区(10)为圆环形,宽度为 0.5-2mm、其内沿的上表面比外沿的上表面低 0.2-1.0µm,且包含四个等间距出口,其分别与两组第一滤出微孔通道(11)以垂直角度连接,然后两组第一滤出微孔通道(11)分别与两组第二滤出微孔通道(12)连接。
