[发明专利]一种集成细胞分选及检测的微流控芯片系统

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片和生物粒子操控、检测领域，具体涉及一种集成螺旋流道惯性分选技术和差分电阻抗测量技术的微流控芯片稀有细胞检测系统。 

背景技术

捕捉检测血液、胸水等体液中微乎其微的稀有细胞，有助于疾病的早期诊断与患者的病情监测以及开展个性化治疗。目前，临床上常用的稀有细胞检测方法有免疫细胞化学、流式细胞术、荧光原位杂交及逆转录聚合酶链反应等，这些方法具有各自的优势，但都以稀有细胞表达的生物分子标记物为分析对象，存在操作复杂、样品消耗大、检测效率低以及实验仪器昂贵等共同缺点。结合微流控技术、阻抗分析技术和流式细胞术的微流控阻抗细胞仪，是一种能够实现单细胞连续分析的非标记方法，与上述方法相比，具有样品消耗低、操作简单和处理快速等优势，在细胞的计数、形貌分析和介电性能表征等方面得到了广泛的应用。 

目前已有研究者尝试利用微流控阻抗细胞仪分析检测稀有细胞，并取得初步进展。然而已有的微流控阻抗细胞仪集成度低，通常只包括阻抗测量与表征单项功能模块，没有涉及细胞分选、聚焦等前处理过程，不能实现在体液中直接检测稀有细胞，从而极大限制了稀有细胞检测方法在临床诊断中的应用。且现有微流控阻抗细胞仪的测量频率通常只达到10⁷Hz级，能够分析细胞膜电容和细胞质电导率，但无法获取细胞核等内部结构信息。另外，目前研究人员通常采用商业化的阻抗分析仪，限制了细胞检测系统的应用范围，且不易实现微型化与便携式。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成细胞分选及检测的微流控芯片系统，该系统集成了螺旋流道惯性分选技术与差分电阻抗测量技术，实现了稀有细胞检测的高通量分选与精确表征功能的有机整合。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

本发明集成细胞分选功能的微流控芯片稀有细胞检测系统包括微流控芯片、高频锁相放大器以及处理器；所述微流控芯片由流道层、电极层、基底层和PCB板依次对准封装而成；其特征在于：所述流道层包括螺旋流道、突扩结构流道、上分支流道、下分支流道、检测主流道以及两对缩进流道；所述的螺旋流道一端为样品入口、所述的螺旋流道另一端为突扩结构，所述突扩结构具有两个出口，所述的两个出口分别与所述的上分支流道和下分支流道连接；所述的下分支流道出口为检测主流道，所述的检测主流道出口为稀有细胞出口；所述的上分支流道出口为废液出口，所述上分支流道设置有使废液出口与稀有细胞出口之间流体压力平衡的弯曲结构；所述两对缩进流道对称分布于检测主流道的两侧；

所述电极层包括一对信号施加电极和一对信号传感电极，分别与两对缩进流道相互对准，在检测主流道的两侧形成液体电极结构；

所述PCB板的集成电路包括电信号输入接口、功率放大电路、I/V转换电路以及电信号输出接口；所述的I/V转换电路包括电流电压转换模块和差分放大模块；所述电信号输入接口与功率放大电路连接，所述的功率放大电路分成两路与所述的一对信号施加电极连接，所述I/V转换电路与电信号输出接口连接；所述的I/V转换电路分成两路与所述的一对信号传感电极连接；

所述的高频锁相放大器通过第一输出端与电信号输入接口连接，高频锁相放大器通过第一输入端与电信号输出接口连接；所述高频锁相放大器、电信号输入接口、功率放大电路、信号施加电极依次连接构成激励信号施加电路；所述信号传感电极、I/V转换电路、电信号输出接口以及高频锁相放大器依次连接构成差分阻抗信号传感电路。

所述的高频锁相放大器通过第二输出端与处理器连接。 

进一步地，还包括进样装置、废液收集装置和稀有细胞收集装置；所述进样装置和样品入口连接；所述废液收集装置和废液出口连接；所述稀有细胞收集装置和稀有细胞出口连接。 

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是： 

利用流体在螺旋流道中的惯性效应和Dean流作用，将稀有细胞和其它细胞聚焦在不同的平衡位置，并通过突扩结构流道分别导入下分支流道和上分支流道，同时，当下分支流道中的稀有细胞运输到检测主流道的液体电极结构时，借助差分阻抗测量电路获取稀有细胞的差分电阻抗信号，得到稀有细胞的体积与内部介电性能等参数信息，采用上述螺旋流道惯性分选技术结构与差分电阻抗测量技术集成，克服了已有细胞检测方法的集成度低、测量频率低等缺陷，实现对稀有细胞分选与表征功能的有效整合；另外，本系统的芯片结构简单、加工方便，检测过程中无需鞘液、无需复杂的免疫标记预处理，具有操作简单、自动化程度高等优点，可广泛用于稀有细胞生物学研究、疾病早期诊断与治疗等领域。