[实用新型]一种基于光电子镊的五通道微粒分离装置

说明书

本实用新型属于微流控芯片领域，具体公开了一种基于光电子镊的五通道微粒分离装置，包括待分离溶液入口、鞘流入口、第一缓冲室、光敏层、微流体通道、第二缓冲室以及五种微粒出口。通过在光诱导介电泳芯片的不同位置施加光照，改变相应位置的电导率，产生非均匀电场，驱动微流体通道中五种微粒运动。五种微粒的尺寸和介电常数不同，导致其受到的光诱导介电泳力大小不同，基于此，我们分离出不同的微粒，本实用新型的优势在于：分离效率高；所需采集的微粒样品少；不需要分别对五种微粒进行标记且损伤小；不需要设计复杂的微流体通道和物理电极，只要对不同位置施加光照即可实现对五种微粒的分离。

技术领域

本实用新型涉及微流控领域，特别涉及微流体分离领域，主要是一种基于光电子镊的五通道微粒分离装置。

背景技术

微流体学是一门研究流体力学的科学行为，流体的精确控制和操作几十到几百微米的颗粒，通常被认为是生物医学的一个平台和化学应用，称为芯片上的实验室(Lab onchip，LOC)。作为一个交叉学科，得益于微纳机械技术加工和生物医学的迅速发展以及国内外学者的不断努力，在近年来的高速发展，相关理论研究不断深入，逐渐开发出种类丰富的芯片，该学科得到越来越多的重视，逐渐成为当今最热门的几个研究课题之一，该技术也越来越多的应用于医疗诊断、生化分析、器官芯片、食品和环境检测等方向。这类技术与传统宏观平台(如离心机、流式细胞仪等)相比具有优势，例如低成本，提高可移植性，高度集成和自动化的潜力减少人为干预和错误精确的操作，如聚焦，分离和生物颗粒的分馏，因此该技术对于当下较为热门的即时检验仪器的发展有着巨大的推动作用。但是由于微流控芯片加工复杂，且往往需要较为精准的进样装置，导致该技术一直处于实验室研发阶段难以将该技术很好的推广使用，因此采用低成本的微流控芯片加工技术并开发出一套便携廉价的系统以用于循环肿瘤细胞的富集和分选工作有较强现的实意义。

接触式操纵和非接触式操纵是生物细胞操纵技术的两种形式。原子力显微镜（AFM）、微吸管、微型夹持器等设备直接作用于细胞，对细胞进行定位、移动和吸附等操作，都属于接触式的细胞操纵方法。这种直接接触的操纵方式准确率高、易控制且直观。但在操纵过程中容易损伤细胞表面，影响细胞活性和细胞表面的一些基本特性。非接触式的细胞操纵方法包括光镊、磁镊、超声和介电泳等，由于没有直接与细胞接触，对细胞损伤相对较小，是现阶段比较常用的操纵技术。非接触式的细胞操纵对微纳粒子的操控方法主要由流体动力学分离、超声分离、磁场聚集、光镊驱动以及介电泳操纵法等，介电泳操纵方法作为一种非接触式操纵方式，不仅能实现生物粒子的分离、输运、捕捉、分类等多种复杂操纵，而且与其它的微操纵技术相比，介电泳方法易于集成，可以实现单一或大面积操纵。然而，其电极结构的设计与所实现的操纵功能密切相关，欲完成对粒子的复杂操纵，需要设计一系列特殊的电极结构与之匹配。传统介电泳所使用的物理电极存在设计加工周期长、造价高、成型后无法更改等问题，大大限制了介电泳在生物操纵中的应用。

光诱导介电泳由介电泳演变而来，已经有许多专家研究了介电泳操纵微纳粒子，如操纵碳纳米管。介电泳的应用包括很多，主要包括选择性分离和富集、免疫测定、高通量的分子筛选等。但所需电极的加工过程繁琐、不能重复使用，若进行复杂操纵需制备多功能的电极，增加了成本，并加大了实验难度。为了解决这一问题，光诱导介电泳技术被提出，其重点是芯片中使用的光敏材料，光图案投射到光敏材料上形成虚拟电极，所产生的非均匀电场可用于操纵细胞和微粒。相比于介电泳，光诱导介电泳不需要制备复杂的电极，只需要改变投射光的模式。同时相比于光镊、磁镊、微流体等，光诱导介电泳不仅可以实现单一操纵，也可实现大面积和各种复杂操纵，且不需要与生物细胞直接接触。这些优点使得光诱导介电泳的发展更加迅速。近十几年中，研究人员一直对利用光诱导介电泳操纵细胞和微粒进行深入的探索，主要是利用非均匀交替电场诱导或极化粒子而使其运动，它已经被证明了在生物学、医学等领域的细胞筛选、输运和捕获中具有广泛的应用价值。常规的介电泳装置需要复杂的薄膜沉积和刻蚀工艺制备微电极，而光诱导介电泳采用光学诱导形成虚拟电极操纵微粒和细胞，操纵过程更加方便，已成为微纳操纵技术中不可替代的技术。

发明内容