[发明专利]血细胞分析芯片及应用该芯片的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微流控液滴技术的血细胞分析芯片及应用该芯片的系统。

背景技术

血液流经人体的各个组织与器官，人体的各个组织与器官之间的相互作用、相互影响是通过神经、体液的调节及平衡来实现的，这种平衡反映在血液的各种物理参数、生理参数等方面。血液学检验所获得的信息可有助于诊断、鉴别诊断与血液系统有关的疾病，有助于分析病情、观察疗效、判断预后，为预防疾病提供依据，指导临床用药并开展临床医学研究。血液细胞学分析不仅是诊断造血系统各种疾病的主要依据，对其他系统疾病的诊断和鉴别诊断也可提供重要信息，因此血细胞检验(即血常规检验)已成为临床检验中三大常规检验(血常规、尿常规、便常规)之首，其临床应用也最为广泛。

在血细胞检验领域，自20世纪50年代初库尔特先生发明了粒子计数技术，制造了第一台血细胞分析仪并应用于临床以来，血细胞分析仪的发展已有50年的历史。目前，血细胞分析仪已成为医院临床检验应用非常广泛的仪器之一，其主要可分为三分类和五分类血细胞分析仪，检测原理主要是电阻抗、射频和激光散射等。

尽管目前世界上各种高档血细胞分析仪相继问世，但仍采用电阻抗法作为血细胞计数和体积测量的基础。电阻抗检测的原理是：根据血细胞非传导性的性质，对电解质溶液中悬浮颗粒在通过计数小孔时引起的电阻变化进行检测。具体做法是，在待测细胞悬液中设置一计数小孔，计数小孔的两侧各有一个施加一定电压的电极，如果供给的电流和阻抗是稳定的，根据欧姆定律，通过计数小孔的电压也是不变的。当悬液中的一个细胞通过计数小孔时，由于血细胞的传导性极小，血细胞的导电性质比等渗的电解液要低，使得在电路中计数小孔感应区内的电阻增加，瞬间引起电压变化而出现一个脉冲信号。电压增加的程度取决于细胞的体积，细胞的体积越大，引起的电压变化越大，产生的脉冲振幅越高。通过对脉冲振幅的测量可以测出细胞的体积，记录脉冲的数目可以得到细胞计数的结果。经过对各种血细胞所产生脉冲大小的电子选择，可以区分不同种类的血细胞并进行分析。

目前的血细胞分析普遍通过市售的血细胞分析仪经特定人员在特定条件下进行。这类血细胞分析仪的体积大、成本高、修护费时费力、每次只能分析一个样品，同时对操作者有严格要求，需要经过专业培训，局限性较大，难以普及。

为解决上述问题，业界现正着力开发基于微流控技术的血细胞分析仪。微流控分析技术的最初形态是20世纪90年代初瑞士的Manz和Widmer首次提出的以微机电加工技术为基础的微型全分析系统(miniaturized total analysis systems，μTAS)，其目的是将分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上，适应分析仪器微型化、集成化、便携化、自动化的发展要求，为“个人化”、“家庭化”分析实验室的实现创造了有利条件。

微流控液滴技术作为微流控芯片的一个分支技术，旨在微流控芯片上操纵微小体积的液体(分散相)以微小体积单元的形式分散于连续相中，将样品分散成一个个体积只有纳升级的液滴，实现样品的区域化、微型化，避免样品间的污染，同时由于液滴的表面积与体积比较大，利于传质，化学反应速度提高，生化反应测试周期缩短。由于选择的连续相和分散相的不同，液滴分为油包水型和水包油型两类，其中油包水型液滴以水相为分散相，油相为连续相；水包油型液滴以油相为分散相，水相为连续相。液滴的生成有主动和被动两种方式，主动法是依靠外力(电场力、气动压力、热、超声等)实现对液滴的操控，而被动法则是依靠特殊的通道结构如T型通道、双T型通道、流动聚焦等方式实现对液滴的操控。微流控芯片中的样品流动受到通道结构的限制，通道的设计会影响样品的流向，同时也可以利用电场、磁场、超声波、表面波和介电场等的作用力控制液滴的流向。目前，微流控芯片可以实现高度集成化，如可以集成多种检测器(电化学检测器、光学检测器等)，也可以集成电极、温度传感器等功能部件，所以随着微流控液滴操控技术的发展日趋成熟其应用范围不断扩大，如蛋白结晶、单细胞分析、DNA分析、聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)、量子点合成、生物医学成像等。较之传统的连续流体技术，微流控液滴技术不仅减少试剂试样的消耗量，加快混合速度，同时可以避免样品的扩散和交叉污染等问题。