[发明专利]一种基于泰勒流的细胞样本自动预处理微流控芯片

说明书

本发明涉及一种基于泰勒流的细胞样本自动预处理微流控芯片，包括Y形微通道、T形微通道、S形微通道以及气液分离微通道。首先在Y形微通道中形成多层流，然后利用T形微通道形成稳定泰勒流，接下来在S形微通道中混匀液塞内的多种液体样本，最后在毛细管微通道中进行气液分离以收集混匀后的液体。本发明的微流控芯片能够满足对细胞样本的染色、裂解等各种自动预处理需求，尤其对于实现大体积的细胞样本自动预处理具有非常重要的实用价值，可广泛应用于各种需要进行样本混合的预处理工作中。该芯片可以同时应用于地面和空间微重力环境，可单独使用或集成于微流式细胞仪中，具有连续、高效的样本预处理能力。

技术领域

本发明涉及微流控生物芯片技术领域，具体地，涉及一种细胞样本预处理微流控芯片。该芯片可单独使用或者集成于微流式细胞仪中。

背景技术

流式细胞仪是一种基于流式细胞术对高速样本流中的细胞作单细胞多参数分析的仪器，能够实现包括淋巴细胞亚群和细胞因子在内的多种项目检测，为疾病的诊断和治疗评价提供重要信息。细胞样本预处理是流式细胞术中不可缺少的必要步骤，预处理一般包括对细胞样本中的目标细胞进行特异性荧光标记和裂解其他干扰细胞，以保障目标细胞能够顺利检出。然而，传统流式细胞仪检测的样本预处理涉及多步液体转移和混合，需要由专业人员在试管中进行，步骤较繁琐，极易引入人工误差而导致检测重复性下降，不仅无法满足快速检测的要求，而且会造成较大的样本浪费。因此，这就对细胞样本预处理方法提出了自动化、操作迅速、样本消耗少等要求。

微流控芯片技术是一种在微通道中操控微小流体的技术，具有体积小、集成度高、消耗量小等优点，广泛应用于生物、化学、医学等领域中。目前，在微流控芯片上已经初步实现了定量细胞样本的自动预处理，芯片即插即用，从自动定量取样到液体混合及存储，整个预处理过程几乎不需要人工参与。但大多数预处理芯片采取的混合方式是在微通道内驱动样本与试剂往复流动直至混匀，基于微流控芯片通道微小的特点，这种混匀方法显然只能处理较小体积的样本；当处理较大体积样本时，必然需要设计更长的混合微通道，一方面混匀样本需要的往复驱动次数多，另一方面增大了微通道内样本的残留，造成了不必要的样本浪费。因此，提出一种既能满足自动化、操作迅速、减少样本浪费的预处理要求，还能进行大量样本溶液预处理的微流控芯片，对于细胞样本研究具有非常重要的意义。

检索发现，清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室叶雄英等人在《光学精密工程》2017,25(8):2083-2089上发表文章“面向航天医学应用的体液预处理仪研制”，集成了驱动液体和控制流路的微泵微阀，通过控制微泵微阀可实现从进样、预处理到输出的自动操作。其预处理模块集成了排气泡功能，能够在太空微重力环境下对有气泡的液体进行排气，但排气部分涉及四层结构，制造工艺复杂；其混合部分依靠微泵驱动，使液体在固定长度的通道内往复流动直至混匀，这种混合方式对样本液体体积有一定限制。

CN107702967A公开了一种基于微流控芯片的空间站用细胞样本自动预处理装置，利用段塞流的特性有效地避免了气液混合，同时采用多通道流体驱动泵实现流体在弯曲微通道中的往复运动，以实现混合。但这种往复流动的混匀方式仍然对预处理样本量有所限制。

泰勒流由一系列气泡或液滴所组成，利用微流控芯片技术在微通道中形成泰勒流能够有效增强液滴内液体的混合，原因是泰勒流极大的增强了液滴内部的二次流涡流，弯曲微通道的混合效果更佳。因此，开发出一种基于泰勒流的细胞样本自动预处理微流控芯片，可有效提升微流控芯片对大体积样本的预处理能力，对于实现细胞样本预处理具有非常重要的实用价值和创新意义。

发明内容

要解决的技术问题

现有研究提出的大多数预处理芯片采取的混合方式是在微通道内驱动样本与试剂往复流动直至混匀，基于微流控芯片通道微小的特点，这种混匀方法显然只能处理较小体积的样本；当处理较大体积样本时，必然需要设计更长的混合微通道，一方面混匀样本需要的往复驱动次数多，另一方面增大了微通道内样本的残留，造成了不必要的样本浪费。

技术方案