[发明专利]基于离心微流控技术的稀少细胞分离检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于离心微流控技术的稀少细胞分离检测系统，其特征在于：所述系统包含一个类似光盘的微流控芯片、一个离心驱动模块和一个分离检测系统的光学检测模块；其中微流控芯片由多个结构层组成，依次为包含弹性微柱导轨层、可变形薄膜层、管道/腔体层、过滤膜层和废液收集层；离心驱动模块由一个旋转马达、一个固定基座和一组弹性微柱组成；分离检测系统的光学检测模块由一组可激发和检测荧光的透镜组成。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述类似光盘的微流控芯片外观为圆盘形中芯片的管道/腔体层包含一个储液腔和一组分离腔，且每个分离腔围绕储液腔呈辐射状周期性排布；储液腔和每个分离腔之间由一组微管道连通；储液腔连接一组通孔，包括一个进样口、一个通气口和至少一个形变腔；每个分离腔远离芯片中心的一端收缩为一个分离细胞收集区，且每个细胞收集区对应一个加载鉴定反应液的进样口，芯片旋转时每个鉴定反应液进样口均以透明胶带密封。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

①所述微流控芯片的弹性微柱导轨层为凹面环形结构，用以限制芯片旋转过程中弹性微柱仅发生纵向位移；其对应形变腔区域开有通孔，通过此通孔压缩的弹性微柱可施加压力于形变腔顶层的可变形薄膜上；

②所述微流控芯片的可变形薄膜层夹持于芯片弹性微柱导轨层和管道/腔体层之间，在压力作用下可发生弹性形变。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

①所述的分离腔呈扇形，远离芯片中心的一端收缩为一个半圆形微腔，作为分离细胞收集区（10）；且每个细胞收集区上方均开有进样口，用于细胞鉴定过程中加载荧光标记的特异抗体溶液，各细胞收集区上方进样口均以胶带（13）密封，防止芯片旋转过程和温育过程样品液的损失；

②所述的微管道一方面作为流体通道保证流体和细胞从储液腔转移至分离腔，同时也作为毛细阀在低驱动压情况下暂时限制样品液于储液腔中；

③形变腔顶层为橡胶薄膜（15），该薄膜层夹持于芯片弹性微柱导轨层（14）和管道/腔体层（16）之间；

④安装于离心模块固定基座上的压缩弹性微柱（6）提供机械压力，压缩弹性微柱仅在垂直方向发生位移；

⑤微流控芯片的过滤膜层（17）为一层加工有微孔阵列的聚合物薄膜，夹持于芯片管道/腔体层和废液收集层之间，孔径大小为8~12μm；

⑥微流控芯片的废液收集层（18）包含一个加工有微柱阵列的环形微腔，微柱阵列用作支撑结构；

⑦所述的微腔外径应大于芯片的管道/腔体层细胞收集区距离芯片中心的距离。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

①所述微流控芯片的弹性微柱导轨层、管道/腔体层和废液收集层的制作材料为玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和SU-8中的任意一种；

②过滤膜材料为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚对二甲苯和SU-8中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述离心驱动模块所包含旋转马达为可程控调速马达；所包含弹性微柱在垂直方向力的作用下，可上下移动，弹性微柱下端为光滑球面形状，并通过自身弹簧产生的压力其下端与芯片导轨层凹槽面直接接触；弹性微柱通过一个可升降支架固定于固定基座上。

7.按权利要求6所述的系统，其特征在于分离检测系统的光学检测模块由一组可激发和检测荧光的透镜（3）组成，透镜（3）分别位于芯片上下方，透镜距离离心平台中心轴距离等于芯片分离细胞收集区距离离心平台中心轴距离。

8.使用根据权利要求1-7中任一项所述的系统的方法，其特征在于首先将样品液和免疫修饰的微球通过微流控芯片进样口导入其储液腔中，并将其置于离心驱动模块的离心平台上，装配好弹性微柱，低速旋转，利用旋转过程中弹性微柱对芯片表面变形薄膜的周期性挤压，实现储液腔中样品液和免疫修饰的微珠液体的充分混合和反应，然后高速旋转芯片，通过离心力结合过滤膜实现免疫捕获细胞的快速高效分离；分离后，在各分离细胞收集区滴加可特异识别待检测细胞的荧光标记抗体溶液，温育反应，然后加入缓冲液并离心，清除未反应的荧光标记抗体分子；最后，通过光学检测模块进行鉴定和分析。