實現血漿持續分離的微流控器件及其分離方法

2023-06-05 16:42:11 2

專利名稱：實現血漿持續分離的微流控器件及其分離方法
技術領域：
本發明屬於微流控晶片技術領域，涉及ー種實現血漿持續分離的微流控器件及其分離方法，特別涉及ー種製作簡單，井能夠長時間持續分離的微流控器件及其分離方法。
背景技術：
隨著個人化醫療需求和新藥研發的發展，自動化樣品處理技術受到越來越多的關注，已成為微流控晶片技術的真正走向應用的ー個重要發展方向。利用微流控晶片中微通道實現血液樣品自動化處理過程，具有比傳統的離心或靜置轉移等方法更多的優勢，如易於實現全功能的器件集成、自動化程度大大提高，使用成本低等。目前已發表的實現晶片上 血眾分離方法中，多採用基於過濾、離心、plasma-skimming效應等原理來實現,這些方法存在分離容量小，器件集成複雜，難以實現長時間持續分離等問題，極大地限制了微流控晶片上血漿分離功能的實現與使用。重力場作用晶片晶片上血漿分離的報導如Tachi等採用兩條平行的微通道在全血緩慢流過其中一條微通道的情況下，通過兩條微通道間的微米通道對沉降一定距離的全血進行過濾，該方法存在著流速低，需要精細微加工，使用時間受限等問題。另外ー種基於重力沉降的血漿分離晶片由Lee等提出，目標是實現一滴血液的血漿即時分離，不具備連續分離的能力。因此，需要發明ー種製作簡單並能夠長時間持續分離的微流控器件。

發明內容
本發明的目的是提供一種實現血漿持續分離的微流控器件，解決現有的微流控器件不能實現血漿的持續分離，製作複雜的問題。本發明的另ー目的是提供使用上述微流控器件持續分離血漿的方法。本發明通過以下技術方案來實現
一、一種實現血漿持續分離的微流控器件，該裝置包括微流控晶片和L型導管，微流控晶片中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道、血漿通道和細胞通道，三條微通道開ロ在微流控晶片的表面，分別為進樣ロ、血漿收集ロ、細胞出口；L型導管有長端和短端，短端與進樣ロ相通，且短端與微流控晶片的平面垂直；其中，L型導管的長端和血漿通道分別與L型導管的短端、全血通道和細胞通道形成的平面垂直，但方向相反。所述的L型導管的內徑為O. 5mm 2mm。所述的微通道的內徑為O. 05mm O. 5_。所述的微流控晶片包括玻璃晶片和PDMS蓋片，微通道位於玻璃晶片上，微通道的開ロ則位於PDMS蓋片上，玻璃晶片和PDMS蓋片鍵合為一體。ニ、ー種使用上述微流控器件持續分離血漿的方法，全血在L型導管長端內發生沉降分為上下兩層，經過L型導管短端的轉向作用後，通過進樣ロ進入全血通道，轉換為左右兩層，血漿層進入血漿通道通過血漿收集ロ排出，血細胞進入細胞通道通過細胞出ロ排出。採用上述技術方案的積極效果本發明製作簡單、成本低，應用導管的轉向作用，即可將細胞與血漿的分層方向由上下轉成左右，然後從不同的ロ收集，可以長時間工作、持續分離血漿，且不會發生堵塞；本發明的分離參數可以隨時調節，可根據不同的需要調節全血進樣速度，以得到不同純度的血漿。


圖I是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的微流控晶片中微通道的結構示意圖。圖3是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進樣速度條件下分離得到的血漿中紅細胞去除率。圖4是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進樣速度條件下分離得到的血漿中游離血紅蛋白含量，直線表示離心方法獲得的血漿中游離血紅蛋白的含量。圖中，I微流控晶片，2 L型導管，3全血通道，4血漿通道，5細胞通道，6進樣ロ，7血漿收集ロ，8細胞出口。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進ー步說明。實施例I
圖I是本發明的結構示意圖，圖2是本發明的微流控晶片中微通道的結構示意圖，結合圖I、圖2所示，一種實現血漿持續分離的微流控器件，該裝置包括微流控晶片I和L型導管2，微流控晶片I中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道
3、血漿通道4和細胞通道5，三條微通道開ロ在微流控晶片I的表面，分別為進樣ロ 6、血漿收集ロ 7、細胞出口 8。進樣ロ 6、血漿收集ロ 7、細胞出口 8分別用於進入全血、收集血漿以及收集血細胞。L型導管2有長端和短端，短端與進樣ロ 6相通，且短端與微流控晶片I的平面垂直。其中，L型導管2的長端和血漿通道4分別與L型導管2的短端、全血通道3和細胞通道5形成的平面垂直，但方向相反。對微通道和L型導管2的角度做嚴格的限制，主要是為了能使細胞與血漿的分層方向由上下轉成左右，便於分別收集。在實際使用中，L型導管2的內徑為O. 5mm 2mm,微通道的內徑為O. 05mm O. 5mm,便於全血分層以及收集血眾。本發明基於的原理包括(I)紅細胞密度大於血漿密度，存在相對於血漿的重力沉降過程；(2)全血在低剪切速率條件下，紅細胞的自然生理功能會使其互相聚集形成串錢狀的聚集體；(3)根據Stokes沉降理論，紅細胞聚集體的形成會大大加快沉降速度而在短時間內實現細胞與血漿的分層；(4)呈T字型的微通道與L型導管可以實現細胞與血漿的分層方向由上下轉化為左右；(5)左右分層的全血可以利用在微流控晶片中流體的層流特性和晶片上分流結構實現血漿的持續高效分離。在製作時，微流控晶片I包括玻璃晶片和PDMS蓋片，微通道位於玻璃晶片上，微通道的開ロ則位於PDMS蓋片上，玻璃晶片和PDMS蓋片鍵合為一體。首先，設計、製作微流控晶片I通道掩膜；採用標準紫外光刻和化學溼法刻蝕技術，在玻璃晶片上製作微通道；具有微通道的玻璃晶片與打孔後的PDMS (聚ニ甲基矽氧烷)蓋片通過等離子處理進行鍵合；用酒精燈拉制玻璃毛細採血管制備L型導管2 ;將拉制好的L型導管2短端插入微流控晶片I的進樣ロ 6處即可。該晶片的製作方法為現有技術中提供的方法，具體步驟如下
(I)在玻璃晶片上加工微通道利用紫外光刻和化學溼法刻蝕技術，在勻膠鉻板玻璃上經過曝光、顯影、定影、老化光膠、去鉻和刻蝕幾個步驟，加工獲得微通道。通道深度均為50微米。(2)PDMS蓋片的製備Sylgard 184單體和固化劑以10:1 (質量比)的比例混合，脫氣，倒於乾淨的平面圍堰上熱固化後揭下即可獲得。根據需要採用打孔器打孔。在PDMS片上打3個孔，分別為進樣ロ 6、血漿分離出口 7、細胞出口 8。(3)玻璃和PDMS蓋片分別清洗乾淨後，置於等離子清洗機中，處理時間2min，馬上對齊鍵合。 (4)取長為IOcm的玻璃毛細採血管，用酒精燈將毛細管拉製成L形，兩端長度分別大約為8cm和2cm,製備出L型導管2。(5)將L形導管2短端垂直插入PDMS蓋片上對應的進樣ロ 6，長端通過矽膠管與注射泵相連。晶片上血漿收集ロ 7、細胞出口 8通過導管連到收集容器。其中掩膜採用矢量繪圖軟體設計微通道圖案，採用高解析度(5080dpi或以上)的雷射排照機列印出帶有圖案的聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET )膠片作為光刻掩膜。標準紫外光刻中，顯影液為O. 5%的NaOH水溶液(w/w)，定影液為去離子水，老化光膠是在110°c熱臺上放置15分鐘。化學溼法刻蝕所用的刻蝕液為1 mo I じ1 HF, O. 5 mo I じ1 NH4F和O. 5 mo I じ1HNO3的混合溶液，通過控制刻蝕時間來控制微通道深度。去鉻液為200g硝酸鈰銨、35mL冰醋酸和IOOOmL水的混合溶液。實施例2
ー種使用微流控器件持續分離血漿的方法，取新鮮檸檬酸鈉抗凝全血，用磷酸鹽緩衝液稀釋至紅細胞壓積為8%的樣品，注射泵調節進樣速度，全血進樣速度在I微升每分鐘到100微升每分鐘，全血在L型導管2長端內發生沉降分為上下兩層，經過L型導管2短端的轉向作用後，通過進樣ロ 6進入全血通道3，轉換為左右兩層，血漿層進入血漿通道4通過血漿收集ロ 7排出，血細胞進入細胞通道5通過細胞出口 8排出。通過採用壓カ調節夾調節血漿收集速度進行血漿收集。血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進樣速度條件下分離得到的血漿中紅細胞去除率和游離血紅蛋白含量分別如圖3、圖4所示。圖3是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進樣速度條件下分離得到的血漿中紅細胞去除率；圖4是在血漿收集速度為10微升每分鐘條件下，不同血液進樣速度條件下分離得到的血漿中游離血紅蛋白含量，直線表示離心方法獲得的血漿中游離血紅蛋白的含量。從圖中可以得出，血液進樣速度越小，血漿中的紅細胞去除率就越高，同時，血漿中游離血紅蛋白含量就越小；反之，血液進樣速度越大，血漿中的紅細胞去除率就越低，同時，血漿中游離血紅蛋白含量就越高。通過對比發現，當血液進樣速度不超過50微升每分鐘時，血漿中游離血紅蛋白的去除效果優於離心方法。
權利要求
1.一種實現血漿持續分離的微流控器件，其特徵在於該裝置包括微流控晶片(I)和L型導管(2)，微流控晶片(I)中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道(3)、血漿通道(4)和細胞通道(5)，三條微通道開口在微流控晶片(I)的表面，分別為進樣口(6)、血漿收集口(7)、細胞出口(8) ；L型導管(2)有長端和短端，短端與進樣口(6)相通，且短端與微流控晶片(I)的平面垂直；其中，L型導管(2)的長端和血漿通道(4)分別與L型導管(2)的短端、全血通道(3)和細胞通道(5)形成的平面垂直，但方向相反。
2.根據權利要求I的所述的實現血漿持續分離的微流控器件，其特徵在於所述的L型導管(2)的內徑為0. 5mm 2mm。
3.根據權利要求I的所述的實現血漿持續分離的微流控器件，其特徵在於所述的微通道的內徑為0. 05mm 0. 5mm。
4.根據權利要求I的所述的實現血漿持續分離的微流控器件，其特徵在於所述的微流控晶片(I)包括玻璃晶片和PDMS蓋片，微通道位於玻璃晶片上，微通道的開口則位於PDMS蓋片上，玻璃晶片和PDMS蓋片鍵合為一體。
5.一種使用微流控器件持續分離血漿的方法，其特徵在於全血在L型導管(2)長端內發生沉降分為上下兩層，經過L型導管(2)短端的轉向作用後，通過進樣口(6)進入全血通道(3 )，轉換為左右兩層，血漿層進入血漿通道(4 )通過血漿收集口( 7 )排出，血細胞進入細胞通道(5)通過細胞出口(8)排出。
全文摘要
本發明涉及一種實現血漿持續分離的微流控器件，包括微流控晶片和L型導管，微流控晶片中有微通道，微通道分為三條，呈T字型分布且端部相通，分別為全血通道、血漿通道和細胞通道，三條微通道開口在微流控晶片的表面，分別為進樣口、血漿收集口、細胞出口；L型導管有長端和短端，短端與進樣口相通，且短端與微流控晶片的平面垂直；其中，L型導管的長端和血漿通道分別與L型導管的短端、全血通道和細胞通道形成的平面垂直，但方向相反。本發明製作簡單、成本低，可以長時間工作，實現血漿的持續分離。
文檔編號B01L3/00GK102631959SQ201210115929
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者夏興華, 張顯波, 徐靜娟 申請人:南京大學