[发明专利]基于非牛顿效应聚焦分离亚微米纳米颗粒的系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于非牛顿效应聚焦分离亚微米纳米颗粒的系统，所述系统包括：用于输送具有非牛顿流体效应的工作流体的输送装置；包含微通道的微流控单元，所述微流控单元通过管道与所述输送装置相连通，用于对所述输送装置输送来的工作流体中的亚微米纳米颗粒在所述微通道中进行分离；设置在所述微流控单元末端的分岔出口，灵活适应聚焦或分离的需求，所述分岔出口的中央分支用于收集聚焦的亚微米纳米颗粒，所述分岔出口的旁侧分支用于分离不同的亚微米纳米颗粒；分别连接所述分岔出口的用于收集目标亚微米纳米颗粒的收集装置。本发明可灵活配合多种装置设计实现亚微米纳米颗粒的聚焦或分离、不利用特异性免疫反应、制造和操作简单，方便并行。

技术领域

本发明属于颗粒分离技术领域，具体地涉及基于非牛顿效应聚焦分离亚微米纳米颗粒的系统及制造方法。

背景技术

连续、高效地聚焦分离亚微米纳米颗粒在医疗、制药、化学、生物学、高分辨率医学成像等诸多应用和研究领域有重要意义。这些领域中广泛使用超速离心、孔膜过滤、特异性免疫吸附等方法分离亚微米纳米颗粒。这些分离方法通常会造成亚微米纳米颗粒的损失。超速离心需要105个重力加速度，对敏感的生物亚微米纳米颗粒可能造成伤害，准备操作步骤较为繁琐耗时且有一定危险性。孔膜过滤在处理大量样品时容易出现阻塞，在回收过程中不可避免有亚微米纳米颗粒的损失。特异性免疫吸附通常是在微结构上修饰特异性抗体吸附捕获特定的亚微米纳米生物颗粒，需要额外的冲洗过程回收目标颗粒，同样有相当的颗粒损失。这些方法普遍存在捕获效率低、操作步骤繁琐，易于对样品造成不可逆性破坏等缺点。

成熟商业化的流式细胞仪需要高昂的成本(仪器造价，试剂消耗，熟练的操作人员)，限制了其广泛普及。流式细胞仪使用鞘流聚焦亚微米纳米颗粒，鞘液由鞘液管从四周流向样品喷孔，包围在样品外周后从喷嘴射出，样品被鞘液限制在液流的中轴线上。由于鞘液管直径为微米级，很难将纳米颗粒聚焦成单股细束。而使用亚微米或纳米级的管道导致制造难度与生产成本大幅上升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于非牛顿效应的聚焦分离亚微米纳米颗粒的系统及方法，使分离和聚焦亚微米纳米颗粒的操作更加简便，效果好，同时也可避免对样品造成的不可逆性的破坏。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于非牛顿效应聚焦分离亚微米纳米颗粒的系统，所述系统包括：

用于输送具有非牛顿流体效应的工作流体的输送装置；

包含微通道的微流控单元，所述微流控单元通过管道与所述输送装置相连通，用于对所述输送装置输送来的工作流体中的亚微米纳米颗粒在所述微通道中进行分离；

设置在所述微流控单元末端的分岔出口，灵活适应聚焦或分离的需求。所述分岔出口的中央分支用于收集聚焦的亚微米纳米颗粒，所述分岔出口的旁侧分支用于分离不同的亚微米纳米颗粒；

分别连接所述分岔出口的用于收集目标亚微米纳米颗粒的收集装置。

进一步，所述微通道中亚微米纳米颗粒的位置以及相应流出的所述分岔出口的位置选择由动力学模型确定，

其中，vp是工作流体中亚微米纳米颗粒的速度矢量，Fe是弹性力矢量，μ是工作流体的动力学粘度，ρp是颗粒的密度，a是颗粒的直径，v是工作流体的速度矢量，ρ是工作流体密度，FL是惯性力。

进一步，所述工作流体为具有粘弹性的非牛顿流体。