[发明专利]一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光子学、生物光子学及生物医学检测等交叉技术领域，具体涉及一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统及方法。

背景技术

纳米生物光子学是近些年新兴的交叉领域学科，其将光学方法中无损、快速、实时探测的优势应用于生命科学及医学领域，同时结合纳米材料技术，对于解决一些传统生命科学的难题有其天然的优越性。在癌细胞检测、筛选、研究领域，传统的拉曼系统常采用两束不同激光，一束激光用来激发荧光检测癌细胞，另一束激光则作为光镊在检测结束后对癌细胞进行筛选。这些方法一方面使用拉曼方法检测信号微弱，还有很大程度的背景荧光干扰；另一方面，双光路系统对搭建要求较高，成本较高，细胞检测及操作时间也较长。这两大缺点在一定程度上制约了癌细胞检测控制系统的发展。

近年来，上转换发光纳米材料以其特殊的性能和广泛的用途成为研究的焦点，在固体激光、太阳能电池、光动力治疗、三维显示，特别是作为生物标记探针，在荧光成像方面有很大的潜在应用价值。与传统的有机染料和半导体量子点相比，上转换发光纳米材料具有特殊的发光性质，即能吸收两个或多个低能光子而辐射一个高能光子，通常是将近红外光转换成可见光。它作为生物标记的纳米探针有许多优点，如窄带发射、高信噪比、抗光漂白、低细胞毒性等，同时采用近红外激发可以减少对生物样品的损伤。而光镊技术是近二十年发展起来的新的激光显微操纵与测量技术，它具有不接触、无污染、作用力均匀、对生物体无损伤等独特优点，在生物医学、材料科学、物理学、化学等领域有广泛的应用。

因此，如何将这些最新的技术应用于癌细胞检测系统具有极大的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，该系统具有结构简单、成本低、效率高以及速度快的优点。

本发明还提供了一种基于上述系统的单光束生物细胞检测及筛选的微流控方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种单光束生物细胞检测及筛选的微流控系统，包括探测装置、光镊装置、微流芯片、电动载物台、物镜，微流芯片放置于电动载物台上，微流芯片上设有微流通道，微流通道内流动的细胞包括具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞以及正常细胞；物镜设置在微流芯片的上方，光镊装置将近红外波段激光通过物镜照射在微流通道内的细胞上，利用近红外波段激光作为光镊的光压势阱控制住当前细胞；探测装置通过物镜采集当前细胞所反射光信号，如果判断此光信号是上转换荧光信号，则将当前细胞通过问题细胞排出通道排出，如果判断是激发光信号，则将当前细胞通过正常细胞排出通道排出。本发明采用上转换发光纳米材料对细胞进行标记，采用近红外波段激光的光镊作用实现对问题细胞和正常细胞的筛选，大大简化了系统的搭建，降低了成本，提高了系统稳定性。

优选的，所述微流控系统还包括电机控制装置和电机，所述微流芯片与电机连接，探测装置与电机控制装置相连，根据当前细胞所反射光信号的不同，探测装置通过电机控制装置控制微流芯片在电动载物台上平移。从而实现问题细胞和正常细胞在筛选后分别流出。

具体的，所述微流芯片以标准载玻片玻璃为基底，所述微流通道刻蚀在此基底上，微流通道包括标记段、缓冲段、分流段，上转换发光纳米探针与待检测细胞分别通过入口进入标记段内进行混合，在问题细胞上进行上转换发光纳米探针标记，然后进入缓冲段，在缓冲段开始端还设有一用于细胞缓冲液流入的入口，在细胞缓冲液作用下，细胞逐个在微流通道中缓慢移动直到分流段；分流段分为两段，一段是具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道，一段是正常细胞的排出通道，分流段和缓冲段相交处的上方设有物镜。

更进一步的，所述标记段上的微流通道为蛇形弯曲通道。采用这种通道可以增加上转换发光纳米探针与待检测细胞的作用时间，使问题细胞均能够得到上转换发光纳米探针标记，从而提高筛选的准确度。

更进一步的，所述缓冲段中的起始段为一使细胞单个通过的窄通道。从而不仅通过缓冲液这一介质减慢速度，同时也通过结构来限制细胞单行通过，以便后面的筛选。

更进一步的，所述分流段中，具有上转换发光纳米探针标记的问题细胞排出通道在物镜下方，其通道的轴线与物镜的光轴平行，正常细胞的排出通道与微流通道中的缓冲段末端同轴。采用这种结构可以使微流通道加工更简单，安装定位也更容易。

更进一步的，所述微流通道上各出入口的开闭均通过压电阀实现。微流通道经过预处理后由压电阀控制其液流流向及速度，使流动平稳且速度控制更精确。