本实用新型涉及生物颗粒检测及操控技术领域，特别涉及一种细胞分选装置。
背景技术：
检测捕捉血液中微乎其微的稀有细胞，有助于疾病的早期诊断与患者的病情监测。现有流式细胞分选仪存在体积庞大、结构复杂，需反复清洗管道、人工费时的问题；且其分选过程在空气中完成，体系开放，会产生包含细胞、细菌、病毒等样品的气溶胶污染，限制了其临床应用。目前bd、beckmancoulter等公司的细胞分选系统大多采用了jet-in-air的静电偏转分离方式(美国专利3710933号、3826364号)，虽然可以高速分离细胞，但是由于其较高的流体剪切力会对细胞产生损害，影响其活性和基因表达。如在再生细胞治疗、干细胞研究中，利用传统静电细胞分选仪分选的细胞存在存活率低的问题。同时在细胞再生、转基因样品或者病毒/细菌感染过的样品研究中，确保环境的密闭和无菌性是非常关键的问题。对于稀有细胞分选来说，高通量筛选是比较重要的。现有的流式分选仪由于采用鞘液聚焦，在进样通量上存在限制，一般低于100μl/min.稀有细胞在样本中含量低，通常需要较大的样本量来进行富集，因此在细胞存活时间内进行高效提取使得样本流量的提升尤为重要。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种细胞分选装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种细胞分选装置，其具有流道结构，所述流道结构包括主流道、进样口、废液口和收集口，所述主流道下游分成三个支路，中间支路连接所述废液口，两边的两对称支路连接所述收集口；所述主流道上沿流动方向依次设置有聚焦区、检测区和筛选区；
所述聚焦区用于实现所述主流道内的颗粒在三维空间中的聚焦，所述检测区用于检测目标颗粒，所述筛选区用于实现目标颗粒和非目标颗粒的分选。
优选的是，所述聚焦区上设置有粘结在所述主流道上的至少一个压电换能器单元，用于将所述主流道内的三维空间中的颗粒聚焦于所述主流道的中心线上或是所述主流道的中心线附近的一条直线上，使颗粒在所述主流道内依次单个排列流动；所述筛选区上设置有一个压电换能器单元，其在所述主流道宽度范围内形成两条驻波节线，用于使目标颗粒受力流入到所述主流道的宽度方向两侧的两对称支路中。
优选的是，所述聚焦区上设置有粘结在所述主流道上的2个压电换能器单元：第一压电换能器单元和第二压电换能器单元，所述筛选区设置的压电换能器单元为第三压电换能器单元；
以所述主流道流动方向为x轴、所述主流道的宽度方向为y轴、所述主流道的深度方向为z轴，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元用于实现颗粒在所述主流道的xy平面和xz平面内的聚焦；所述第一压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内，所述第二压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内，所述第三压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内；其中，每个压电换能器单元包括设置在所述主流道外壁上的单个压电换能器，或是相对粘结在所述主流道的宽度或深度方向两侧的外壁上的2个压电换能器。
优选的是，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元设置在互成90°的两个平面内，所述第一压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面内，所述第一压电换能器单元产生的超声驻波的波长为y方向的主流道宽度的2倍，在主流道宽度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道宽度的中间位置，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xy平面；所述第二压电换能器单元设置在所述主流道的xz平面内，所述第二压电换能器单元产生的超声驻波的波长为z方向主流道深度的2倍，在主流道深度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道深度的中间位置，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xz平面内。
优选的是，所述第三压电换能器单元产生的超声驻波的波长等于所述主流道y方向的宽度，在所述主流道宽度范围内形成沿所述主流道的中心线对称分布的两条驻波节线，为脉冲作用的声波，用于使目标颗粒受力沿两条驻波节线流动而进入到所述主流道的宽度方向两侧的两对称支路中。
优选的是，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元均设置在xy平面或xz平面内，其中一个用于实现颗粒在xy平面内的聚焦，另一个用于实现颗粒在xz平面内的聚焦。
优选的是，所述主流道的宽度等于其深度时，所述聚焦区上省去所述第一压电换能器单元或第二压电换能器单元，只通过一个压电换能器单元，同时实现颗粒在xy平面和xz平面内的聚焦。
优选的是，所述两对称支路在末端合并后共同连接所述收集口。
优选的是，所述两对称支路在末端不合并，分别连接到两个收集口。
优选的是，所述主流道内的流体始终保持层流状态。
本实用新型至少包括以下有益效果：
1、本实用新型利用激光检测判断目标与否，在下游进行靶向筛选，即使细胞的物理性质相似，也可以利用免疫荧光特性进行有效区分；
2、本实用新型在筛选区采用压电元件激发声波推动流体中的目标细胞偏离原有路径，可快速实现细胞分选，同时由于是机械力作用于细胞，不影响其活性；
3、本实用新型采用声波对细胞进行聚焦，省去鞘液，样本通量得以提升。流速得以减慢，有利于后续检测灵敏度的提升；
4、本实用新型流道结构简单，流口数量少，有利于排气泡和维持流体环境的稳定；
5、本实用新型采用侧面引出流口的方式可避免流道死角，减少残留，降低样本间的交叉污染；
6、本实用新型流体通道由两层含有微小管道的玻璃、塑料、金属或聚合物材料键合、粘接而成，整体结构无菌密封，对存在生物危害的样品也能适用，即插即用，一次性使用后可丢弃分选芯片；
7、本实用新型的细胞分选装置对细胞无损伤，可用于常规的流式细胞分选，也可用于稀有细胞的筛选，对促进无创产前筛查、肿瘤预后检测具有十分重要意义。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1中的细胞分选装置的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例2中的细胞分选装置的结构示意图；
图3为本实用新型的实施例3中的细胞分选装置的结构示意图；
图4为本实用新型的实施例4中的细胞分选装置的结构示意图；
图5为本实用新型的检测模块的原理框图。
附图标记说明：
1—主流道；2—进样口；3—废液口；4—收集口；5—聚焦区；6—检测区；7—筛选区；8—第一压电换能器单元；9—第二压电换能器单元；10—第三压电换能器单元；11—激光检测点；12—目标颗粒；13—非目标颗粒。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-5所示，本实施例的一种细胞分选装置，其具有流道结构，流道结构包括主流道1、进样口2、废液口3和收集口4，主流道1下游分成三个支路，中间支路连接废液口3，两边的两对称支路连接收集口4；主流道1上沿流动方向依次设置有聚焦区5、检测区6和筛选区7；
聚焦区5用于实现主流道1内的颗粒在三维空间中的聚焦，检测区6用于检测目标颗粒，筛选区7用于实现目标颗粒12和非目标颗粒13的分选。检测区6采用激光检测，判断处于激光检测点11处的颗粒是否为目标颗粒，筛选区7的压电换能器单元根据检测区6的判断结果进行动作。本实用新型利用超声进行高通量颗粒分选，通过激光对颗粒的检测来实现靶向筛选。
本实用新型中，细胞分选装置可为一分选芯片，流道结构为微管道，形成于分选芯片内部。流道结构可通过基片和盖片形成，盖片底部开设有管道凹槽，盖片密封贴附于基片上，使处于盖片和压电基片之间的管道凹槽形成流道结构。基片和盖片可为玻璃、塑料、金属或聚合物等材质。整体结构无菌密封，对存在生物危害的样品也能适用，即插即用，一次性使用后可丢弃分选装置。在另一种实施例中，流道结构中的主流道1通过材料拉伸形成，再与后续的分支管道相连。在优选的实施例中，流道结构中每个管道的宽度均为10～500μm、高度均为20～200μm。流道结构内的流体始终保持层流状态。
样品细胞进入细胞分选装置前先进行目标细胞的荧光染色处理。对目标细胞进行染色(通过加入荧光标记的能与目标细胞特异性结合的特异性抗体)，利用流式荧光检测技术，通过激光检测点处对与目标细胞结合的特异性抗体上的荧光染料检测，从而识别目标细胞，以进行目标细胞提取。
检测区6具体可通过如下方案实现检测：检测区6上的检测模块包括光斑激发调制系统、光信号检测系统、数据采集分析与控制模块、压电驱动模块；光斑激发调制系统产生激光并形成椭圆光斑，照射在检测区6主流道1上的固定位置，照射激发流经检测区6的每个细胞产生荧光和散射光；光信号检测系统对产生的荧光和散射光进行收集和检测，形成光信号信息，再将得到的光信号信息转换为电信号后发送到数据采集分析与控制模块。数据采集分析与控制模块将接收的电信号进行量化和分析处理，并将处理结果与用户设定的筛选条件进行逻辑判断，如果满足用户设定的筛选条件则发送筛选触发信号到筛选区7的压电驱动模块；压电驱动模块将筛选触发信号转换成驱动筛选区7中的第三压电换能器单元的高电压信号，使其产生声场改变目标细胞的运动路径，从而将目标细胞和非目标细胞分离到不同的分选出口，实现细胞分选。
聚焦区5上设置有粘结在主流道1上的至少一个压电换能器单元，用于将主流道1内的三维空间中的颗粒聚焦于主流道1的中心线上或是主流道1的中心线附近的一条直线上，使颗粒在主流道1内依次单个排列流动；筛选区7上设置有一个压电换能器单元，其在主流道1宽度范围内形成两条驻波节线，用于使目标颗粒受力流入到主流道1的宽度方向两侧的两对称支路中。
由于筛选区7位于检测区6下游，该触发信号需延迟等待一定的细胞流动时间后产生，当细胞由检测区6运动到下游筛选区7位置时，压电陶瓷驱动模块产生一定脉宽和一定电压的驱动信号，该信号控制声场产生，进而推动目标细胞，实现根据检测的光学信号的差异，将细胞分离开的目的。其中，驱动电压的幅值和压电陶瓷的形变成正相关，电压越高，推力越大。
在筛选区7对于目标细胞进行判定时，采用正选法或者反选法，采用正选法时，以符合目标细胞特性的信号作为判断依据，控制第三压电换能器产生动作，也即以检测到的阳性值作为设门依据，在检测到的阳性值区域内设门，检测信号落入门内时，第三压电换能器产生动作，使目标颗粒受力流入到收集口4。采用反选法时，以符合非目标细胞特性的信号作为判断依据，控制第三压电换能器产生动作，即以检测到的阳性值作为设门依据，在检测到的阳性值区域外设门，检测信号落入门内时，第三压电换能器产生动作，使目标颗粒受力流入到收集口4。以筛选孕妇外周血中的胎儿有核红细胞为例，采用正选法时，可以cd71(胎儿有核红细胞特异性抗体)的阳性信号为依据判断目标细胞的到来，从而控制压电换能器的动作。采用反选法时，可以cd45(白细胞特异性抗体)的阴性信号为依据判定目标细胞的到来，从而控制压电换能器的动作。在目标细胞的抗体特异性不好时，采用反选法可提高俘获率。
聚焦区5上设置有粘结在主流道1上的2个压电换能器单元：第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9，筛选区7设置的压电换能器单元为第三压电换能器单元；
以主流道1流动方向为x轴、主流道1的宽度方向为y轴、主流道1的深度方向为z轴，第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9用于实现颗粒在主流道1的xy平面和xz平面内的聚焦；第一压电换能器单元8设置在主流道1的xy平面或xz平面内，第二压电换能器单元9设置在主流道1的xy平面或xz平面内，第三压电换能器单元设置在主流道1的xy平面或xz平面内；其中，每个压电换能器单元包括设置在所述主流道侧壁上的单个压电换能器，或是相对粘结在所述主流道的宽度或深度方向两侧的外壁上的2个压电换能器(即压电换能器组)。第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9位置可换，可设置在相同的平面，也可设置在不同的平面，只需要通过两者的配合能实现颗粒在xy平面和xz平面内的聚焦即可。
第三压电换能器单元产生的超声驻波的波长等于(或是约等于)主流道1y方向的宽度，在主流道1宽度范围内形成沿主流道1的中心线对称分布的两条驻波节线，为脉冲作用的声波，用于使目标颗粒受超声辐射力的作用而沿两条驻波节线流动而进入到主流道1的宽度方向两侧的两对称支路中，最后进入收集口4。第三压电换能器单元的作用时间较短，以能够让目标细胞相对于原有流动路径产生足够的偏移为测算依据。
其中，为了减少流路死角的形成，可采用流道侧面进样出样的方式(即在流道侧面引出进出口)，更有利于减少检测样本交叉污染。
其中，主流道1内的流体始终保持层流状态。
其中，参照图，本实施例中，两对称支路在末端合并后共同连接收集口4。而在另一种实施例中，两对称支路在末端不合并，分别连接到两个收集口4。可以在整个流体芯片的侧面引出两个收集口4，这样还有利于减少检测样本交叉污染。
以下提供几种具体的实施例，以对本实用新型作进一步说明。
实施例1
参照图1，本实施例中，第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9设置在互成90°的两个平面内，第一压电换能器单元8设置在主流道1的xy平面内，第一组压电换能器产生的超声驻波的波长为y方向的主流道1宽度的2倍(或约为2倍)，在主流道1宽度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道1宽度的中间位置(或是接近主流道1宽度的中间位置)，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xy平面，即颗粒在xy平面内呈单列移动；第二压电换能器单元9设置在主流道1的xz平面内，第二组压电换能器产生的超声驻波的波长为z方向主流道1深度的2倍(或约为2倍)，在主流道1深度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道1深度的中间位置(或是接近主流道1宽度的中间位置)，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xz平面内，即颗粒在xz平面内呈单列移动。且其中，第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9的位置可互换。
实施例2
参照图2，本实施例中，第一压电换能器单元8和第二压电换能器单元9均设置在xy平面或xz平面内，其中一组用于实现颗粒在xy平面内的聚焦，另一组用于实现颗粒在xz平面内的聚焦。
实施例3
主流道1的宽度等于其深度时，参照图3，本实施例中，聚焦区5上只设置一个压电换能器单元，同时实现颗粒在xy平面和xz平面内的聚焦。通过对压电换能器单元的参数进行控制，调节主流道壁的振动频率(振动频率主要与主流道1的深度和宽度相关，主流道1的宽度等于深度时，宽度两侧壁与深度两侧壁振动频率相同)，从而可以通过一个压电换能器单元实现颗粒在xy平面和xz平面内的聚焦。
实施例4
由于第三组压电换能器产生的是一段时间的驻波，若在其作用时间和作用区域内同时存在目标和非目标颗粒，则可能会发生非目标颗粒也被推入收集管道的情况。为此，在本实施例中，参照图4，可采用多个单元级联的方式，对收集的颗粒进行再次分选，以提高最终获取目标颗粒的纯度。采用级联方式时，前一级单元的收集口4为下一级单元的进样口2。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。
1.一种细胞分选装置，其特征在于，其具有流道结构，所述流道结构包括主流道、进样口、废液口和收集口，所述主流道下游分成三个支路，中间支路连接所述废液口，两边的两对称支路连接所述收集口；所述主流道上沿流动方向依次设置有聚焦区、检测区和筛选区；
所述聚焦区用于实现所述主流道内的颗粒在三维空间中的聚焦，所述检测区用于检测目标颗粒，所述筛选区用于实现目标颗粒和非目标颗粒的分选。
2.根据权利要求1所述的细胞分选装置，其特征在于，所述聚焦区上设置有粘结在所述主流道上的至少一个压电换能器单元，用于将所述主流道内的三维空间中的颗粒聚焦于所述主流道的中心线上或是所述主流道的中心线附近的一条直线上，使颗粒在所述主流道内依次单个排列流动；所述筛选区上设置有一个压电换能器单元，其在所述主流道宽度范围内形成两条驻波节线，用于使目标颗粒受力流入到所述主流道的宽度方向两侧的两对称支路中。
3.根据权利要求2所述的细胞分选装置，其特征在于，所述聚焦区上设置有粘结在所述主流道上的2个压电换能器单元：第一压电换能器单元和第二压电换能器单元，所述筛选区设置的压电换能器单元为第三压电换能器单元；
以所述主流道流动方向为x轴、所述主流道的宽度方向为y轴、所述主流道的深度方向为z轴，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元用于实现颗粒在所述主流道的xy平面和xz平面内的聚焦；所述第一压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内，所述第二压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内，所述第三压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面或xz平面内；其中，每个压电换能器单元包括设置在所述主流道外壁上的单个压电换能器，或是相对粘结在所述主流道的宽度或深度方向两侧的外壁上的2个压电换能器。
4.根据权利要求3所述的细胞分选装置，其特征在于，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元设置在互成90°的两个平面内，所述第一压电换能器单元设置在所述主流道的xy平面内，所述第一压电换能器单元产生的超声驻波的波长为y方向的主流道宽度的2倍，在主流道宽度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道宽度的中间位置，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xy平面；所述第二压电换能器单元设置在所述主流道的xz平面内，所述第二压电换能器单元产生的超声驻波的波长为z方向主流道深度的2倍，在主流道深度范围内形成一条驻波节线，节线位置为主流道深度的中间位置，为持续作用的声波，用于将颗粒聚焦在xz平面内。
5.根据权利要求3所述的细胞分选装置，其特征在于，所述第三压电换能器单元产生的超声驻波的波长等于所述主流道y方向的宽度，在所述主流道宽度范围内形成沿所述主流道的中心线对称分布的两条驻波节线，为脉冲作用的声波，用于使目标颗粒受力沿两条驻波节线流动而进入到所述主流道的宽度方向两侧的两对称支路中。
6.根据权利要求3所述的细胞分选装置，其特征在于，所述第一压电换能器单元和第二压电换能器单元均设置在xy平面或xz平面内，其中一个用于实现颗粒在xy平面内的聚焦，另一个用于实现颗粒在xz平面内的聚焦。
7.根据权利要求3所述的细胞分选装置，其特征在于，所述主流道的宽度等于其深度时，所述聚焦区上省去所述第一压电换能器单元或第二压电换能器单元，只通过一个压电换能器单元，同时实现颗粒在xy平面和xz平面内的聚焦。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的细胞分选装置，其特征在于，所述两对称支路在末端合并后共同连接所述收集口。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的细胞分选装置，其特征在于，所述两对称支路在末端不合并，分别连接到两个收集口。
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的细胞分选装置，其特征在于，所述主流道内的流体始终保持层流状态。
技术总结