本發(fā)明屬于微流控芯片領域，具體涉及一種基于過濾法的無動力源細胞分離芯片。

背景技術：

近幾十年來，微流控技術在分析化學、生物檢測、臨床醫(yī)療等應用領域發(fā)展迅速，并且取代了部分傳統(tǒng)的應用方法。譬如，傳統(tǒng)的細胞分析和分選一般是利用流式細胞術，此技術速度快、精度高、準確性好，但是需要復雜、昂貴的設備，檢測周期長，只適合應用于大型醫(yī)院和實驗室。

微流控利用集成化、微型化的微流控芯片，只需要少量的樣品，即可在短時間內快速地對樣品進行檢測、分析。相比于傳統(tǒng)的方法，整個過程更加快速高效并且綠色環(huán)保。

目前，在用于細胞分離的微流控技術中，根據分離機理的不同，可將各種細胞分離方法分為主動式和被動式分離。其中，主動式的細胞分離方法是通過對不同細胞本身所帶的特征信號進行采集，然后借助外場力對細胞進行驅動分離，這樣就不可避免的對細胞活性、生物學形狀和功能產生影響。而被動式分離法通過通道幾何形狀或流體內部固有的作用力進行分離，沒有引入外場力對細胞進行作用，更加溫和，對細胞的損傷較小，細胞存活率高，并且分離過程中不需要昂貴設備、試劑，成本低。對于臨床醫(yī)療診斷，被動式分離方法明顯更有優(yōu)勢。

在被動式分離法中，過濾法是目前使用最多，同時亦是最為簡單的一種細胞分離方法。該方法需要在微流控芯片中引入微結構功能單元，如一定尺寸的微孔或一定間隔的微柱。根據目前細胞的物理形態(tài)(尺寸、可變形性等)，通過調整微結構功能單元的孔徑大小或微柱間隔大小，來限制不同細胞的流動(小細胞可以順利流過微結構單元，而大細胞則被捕獲)，從而實現對目標細胞的分離與收集。

有學者(Ki-Hwan Nam,Wang Yong,Tricia Harvat,Adeola Adewola,Shesun Wang,Jose Oberholzer and David T.Eddington.Size-based separation and collection of mouse pancreatic islets for functional analysis[J].Biomedical microdevices,2010,12(5):865-874.)公開了一種基于過濾的多層微通道，這個微通道包含了三個不同高度的連續(xù)收縮通道，且高度沿著溶液流動方向依次遞減，分別為7μm、3μm、0.8μm，用以分離直徑分別為10μm、4.5μm、2μm的顆粒。當顆粒直徑大于收縮通道的高度時，顆粒被擋住并在收縮通道處富集，而尺寸小于收縮通道高度的顆粒則順利流過通道，流向下一個收縮區(qū)域?；谏鲜鲈?，一種完全只依靠溶液重力驅使其流動的過濾通道也被設計并制造出來。該過濾通道含有五層收縮結構，最后通過將微通道橫向旋轉90度，從側邊的出口處收集實驗過程中富集在收縮部位的顆?；蚣毦軐崿F五種大小不同顆粒的分離。

有學者(Sarah M.McFaul,Bill K.Lin and Hongshen Ma.Cell separation based on size and deformability using microfluidic funnel ratchets[J].Lab on a chip,2012,12(13):2369-2376.)公開一種綜合細胞尺寸和可變形性的過濾芯片，該芯片包含的微結構是有12行，且每行有128個漏斗狀障礙物組成的二維陣列，同一行的漏斗狀障礙物之間的孔距相同，但每一行相比于下面一行的孔距都要小1μm，由此來保證過濾效果。漏斗狀錐體可以保證細胞能夠在發(fā)生變形的情況下通過微孔，在反向流下能保持在漏斗狀障礙物口而難以原路返回。相比于傳統(tǒng)的過濾，這種芯片引入的振蕩流能有效地避免普遍存在的通道堵塞問題。

上述的方法都能實現高效的顆粒分離和細胞分離，但是都需要額外提供動力源以驅動樣品流動，不適合遠離醫(yī)院的偏遠地區(qū)的應用。

因此，需要開發(fā)出一種新型的、易于便攜式、易操作的、無動力源的細胞分離設備，能適用于臨床醫(yī)療快速檢驗。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種便攜式無動力源的微流控細胞分離芯片，其目的在于，通過在基底上設置多個規(guī)則排列的柱狀凸起，使柱狀凸起間形成體液流通的微流道，設計微流道的大小從而能進行細胞分離，本發(fā)明通過流體的毛細作用力提供動力，無需額外動力源，攜帶方便。

為實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種便攜式無動力源的微流控細胞分離芯片，其包括基底和蓋片，所述基底上從輸入端至輸出端依次包括輸入口、導流區(qū)、分離區(qū)以及收集口，其中，

所述輸入口用于滴加待分離細胞的體液，所述導流區(qū)用于將待分離細胞的體液引導至分離區(qū)，所述分離區(qū)用于分離細胞，所述收集口用于收集過濾掉所述分離區(qū)的細胞的體液，

所述導流區(qū)和所述分離區(qū)上設置有多個規(guī)則排布地柱狀凸起，所述柱狀凸起的高度為15μm～50μm，所述柱狀凸起的直徑大小為10μm～50μm，所述導流區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離為15μm～25μm，所述分離區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離為2μm～15μm。

本發(fā)明微流控芯片是基于過濾法進行細胞分離的，在微流道內有大量的柱狀凸起或者稱為微柱結構，柱狀凸起規(guī)則排列，形成體液流通的微流道，這些微柱的間隙隨著體液流動的方向依次減小以分別過濾不同尺寸的細胞，由于整個微流道的道壁是由親水材料構成以及流體的表面張力作用，流體在微流道內可以形成毛細管流，使體液在沒有外加動力源的情況下就可以形成特定方向的流動，體液流過不同大小的微流道，最后可以收集到只含有特定尺寸的細胞。

進一步的，所述柱狀凸起和所述基底均為親水材料。

進一步的，所述親水材料為表面經過親水處理的聚二甲基硅氧烷。

進一步的，所述導流區(qū)至所述分離區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離從20μm至2μm遞減。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

1、在基底上設置多個規(guī)則排列的柱狀凸起，柱狀凸起形成微流道，利用微流道間形成的毛細作用力，使血液能夠在微流道內自導流，減少了外加動力源及其附屬設備，從而使整個裝置簡單便攜，適合醫(yī)療設備資源匱乏的地區(qū)。

2、基于細胞尺寸，靈活設置柱狀凸起間的間隔，以過濾法進行細胞分離，可方便的分離出所需尺寸的細胞，無需引入額外的鞘流保護流，減少了體液樣品尤其是血流樣品被鞘流的稀釋。

3、本發(fā)明分離芯片的整個微流道為平面二維結構，加工制造方便，適合大批量制造，其制造成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中一種便攜式無動力源的微流控細胞分離芯片的側視圖；

圖2是圖1中細胞分離芯片的俯視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：

1-輸入口 2-導流區(qū) 3-分離區(qū)

4-收集口 5-柱狀凸起 6-微流道

7-基底 8-蓋片

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

圖1是本發(fā)明實施例中一種便攜式無動力源的微流控細胞分離芯片的側視圖；圖2是圖1中細胞分離芯片的俯視圖，結合兩圖可知，本發(fā)明的便攜式無動力源的微流控細胞分離芯片包括基底7和蓋片8，整個基底7結構從輸入端至收集端分為輸入口1、導流區(qū)2、分離區(qū)3和收集口4四個部分。蓋片8的作用為減少流體揮發(fā)造成樣品損失。

其中，所述輸入口1用于滴加待分離細胞的體液，所述導流區(qū)2用于將待分離細胞的體液引導至分離區(qū)，所述分離區(qū)3用于分離細胞，所述收集口4用于收集所述分離區(qū)分離出的細胞。導流區(qū)2和分離區(qū)3占據了芯片基底的絕大部分，導流區(qū)2和分離區(qū)3分布有大量的微柱結構或者稱為柱狀凸起5。

多個地柱狀凸起5規(guī)則排布，柱狀凸起間形成體液流通的微流道6，所述柱狀凸起5的高度為15μm～50μm，所述柱狀凸起的直徑大小為10μm～50μm，所述導流區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離為25μm～15μm，所述分離區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離為2μm～15μm。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述柱狀凸起和所述基底均為親水材料，親水材料為表面經過親水處理的聚二甲基硅氧烷。從靠近輸入端到收集區(qū)，所述導流區(qū)至所述分離區(qū)的柱狀凸起間的間隔距離從20μm至2μm遞減，可達到依次分離出不同尺寸的顆?；蛘呒毎?。

本發(fā)明細胞分離芯片的使用過程如下：

將樣品或者待分離細胞的體液流滴入輸入口1，由于表面張力形成的毛細現象，樣品或者體液流經導流區(qū)2被引入到分離區(qū)3，尺寸大于微柱(微柱又被稱為柱狀凸起或者柱狀結構)間隔的細胞將被過濾掉，尺寸小于微柱間隔的細胞將可以通過，最后在收集口可以收集到特定尺寸的細胞。

本發(fā)明的細胞分離芯片通過流體的毛細作用力，無需添加額外的動力源，即可實現可靠有效地細胞分離，本發(fā)明的分離芯片適用于臨床醫(yī)療，并且由于其為平面二維結構，比較適合大批量生產。

本發(fā)明芯片可以通過多種加工方法進行加工制造，包括但不僅限于以下的加工方法：通過軟刻蝕技術在硅片上用光刻膠加工出微流控芯片模板；將液態(tài)未固化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒在模板上，然后進行固化；將固化的PDMS從模板上揭下來，打孔并裁成特定的形狀；將帶有流道的PDMS和玻璃片鍵合在一起。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。