一种细胞分选富集方法及装置

本发明涉及微流控芯片领域，尤其是涉及细胞分选富集方法。

背景技术：

1、孕妇外周血中游离有胎儿发育过程中形成的有核红细胞。该细胞带有胎儿的全套遗传信息，可以在母体无创的条件下，最大程度地实现在产前诊断中筛查异常胎儿的目的，具有很强的应用潜力。但该方法的难点在于孕妇外周血中游离的胎儿有核红细胞极其稀少，需要通过一定的方法对其加以识别与富集，从而进行下一步的有效研究和分析。

2、目前已经有一些公开的方法与装置用以实现有核红细胞的识别和分选，如1.传统的密度梯度离心法只能粗略地实现初步的富集；2.显微操作分离技术需要人工操作，效率非常低，获取细胞数也十分有限；3.基于磁珠的分选法(macs)效率低、准确度差；4.基于流式细胞术或相近的方法通过细胞的光学特性、阻抗特性以及免疫标记等方法实现有核红细胞的识别，但无法实现有核红细胞的富集。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种细胞富集时准确度高、效率高的细胞分选富集方法。

2、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种细胞富集时准确度高、效率高的细胞分选富集装置。

3、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种细胞分选富集方法，包括以下步骤：

5、细胞聚焦：在流道旁设置第一压电陶瓷，使样本中的细胞在所述第一压电陶瓷产生的聚焦声场的作用下向流道中心聚集并最终形成单线排列的队列，逐一通过检测区；

6、细胞检测：细胞在检测点的激发光的作用下发出前向散射光、侧向散射光及荧光，所述前向散射光进入第一探测器，所述侧向散射光及荧光进入第二探测器；

7、细胞识别：所述第一探测器的信号通道设有阈值，当所述第一探测器接收的信号包络大于所述阈值时，判断检测点出现细胞，信号包络大于所述阈值的时间为细胞出现周期；在所述细胞出现周期内，所述第二探测器的各个通道接收的信号包络的最大值为检测值，当每一通道接收的检测值在预设范围内时，判断检测点的细胞为目标细胞，并产生目标细胞触发信号；

8、细胞分选：通过在流道旁设置第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷根据所述目标细胞触发信号将目标细胞从所述流道推向分选通道；

9、细胞富集：细胞钳位结构在分选通道的钳位区产生钳位声场，在所述钳位声场作用下，目标细胞会被钳位在区域中心，而液流则保持通过，使目标细胞富集。

10、进一步的，在所述细胞聚焦步骤中，所述第一压电陶瓷的数量为两个，两所述第一压电陶瓷位于所述流道的相对两侧，两所述第一压电陶瓷的驱动信号的幅值与频率一致，使得驻波的节点位置位于流道中心处。

11、进一步的，在所述细胞识别步骤中，当任一通道接收的检测值不在预设范围内时，判断检测点的细胞为非目标细胞，并产生非目标细胞触发信号，当目标细胞触发信号的前后ta时间存在非目标细胞触发信号时，则忽略当次目标细胞触发信号。

12、进一步的，所述ta时间为分选声场作用于目标细胞的时间。

13、进一步的，在所述细胞识别步骤中，目标细胞触发信号经过延时tb后作为分选富集的使能信号发送给分选富集模块实现目标细胞的分选富集。

14、进一步的，所述tb时间为细胞在流道内由检测区到达分选起始点的时间长度与ta时间长度的差。

15、进一步的，所述细胞分选步骤具体为：两所述第二压电陶瓷的相位产生相位差，使得分选区域内形成声场的聚焦节点偏离原有流线，将目标细胞推向分选流线使所述目标细胞进入分选通道。

16、进一步的，所述细胞分选步骤具体为：两所述第二压电陶瓷采用高频率的驱动信号，在流道内形成两个聚焦节点，微调驱动信号间的相位，使得分选出口侧的聚焦节点与中心流线更近，当目标细胞进入分选区，换能器在驱动信号的驱动下形成驻波声场，目标细胞会在声场辐射力的作用下向最近的节点移动，进入分选流线并最终进入分选通道与进入废液通道的非目标细胞分离。

17、进一步的，所述细胞分选步骤具体为：当分选信号为高电平时，两所述第二压电陶瓷在驱动信号的作用下，产生超声行波，目标细胞在声辐射力的作用下向分选流线偏离，并随着液流进入分选通道完成分选过程。

18、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

19、一种细胞分选富集装置，用于实施上述任意一种细胞分选富集方法，所述细胞分选富集装置包括聚焦模块、检测模块、分析识别模块以及分选富集模块，所述聚焦模块包括流道以及位于所述流道两侧的第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷产生聚焦声场，样本中的细胞在所述聚焦声场的作用下向流道中心聚集并最终形成单线排列的队列，逐一通过检测区，所述检测模块包括设置于所述流道上的检测点、光源、第一探测器以及第二探测器，细胞在检测点的激发光的作用下发出前向散射光、侧向散射光及荧光，所述第一探测器接收所述前向散射光，所述第二探测器接收所述侧向散射光及荧光，所述分析识别模块对样品的细胞进行识别并判断是否为目标细胞，所述分选富集模块包括第二压电陶瓷以及细胞钳位结构，所述第二压电陶瓷将目标细胞从所述流道推向分选通道；所述细胞钳位结构在分选通道的钳位区产生钳位声场，在所述钳位声场作用下，目标细胞会被钳位在区域中心，而液流则保持通过，使目标细胞富集。

20、相比现有技术，本发明细胞分选富集方法通过在流道旁设置第一压电陶瓷，使样本中的细胞在第一压电陶瓷产生的聚焦声场的作用下向流道中心聚集并最终形成单线排列的队列，逐一通过检测区；细胞在检测点的激发光的作用下发出前向散射光、侧向散射光及荧光，前向散射光进入第一探测器，侧向散射光及荧光进入第二探测器；第一探测器的信号通道设有阈值，当第一探测器接收的信号包络大于阈值时，判断检测点出现细胞，信号包络大于阈值的时间为细胞出现周期；在细胞出现周期内，第二探测器的各个通道接收的信号包络的最大值为检测值，当每一通道接收的检测值在预设范围内时，判断检测点的细胞为目标细胞，并产生目标细胞触发信号；通过在流道旁设置第二压电陶瓷，第二压电陶瓷根据目标细胞触发信号将目标细胞从流道推向分选通道；细胞钳位结构在分选通道的钳位区产生钳位声场，在钳位声场作用下，目标细胞会被钳位在区域中心，而液流则保持通过，使目标细胞富集，通过上述方法，细胞富集的准确度高、效率高。

技术特征：

1.一种细胞分选富集方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的细胞分选富集方法，其特征在于：在所述细胞聚焦步骤中，所述第一压电陶瓷的数量为两个，两所述第一压电陶瓷位于所述流道的相对两侧，两所述第一压电陶瓷的驱动信号的幅值与频率一致，使得驻波的节点位置位于流道中心处。

3.根据权利要求1所述的细胞分选富集方法，其特征在于：在所述细胞识别步骤中，当任一通道接收的检测值不在预设范围内时，判断检测点的细胞为非目标细胞，并产生非目标细胞触发信号，当目标细胞触发信号的前后ta时间存在非目标细胞触发信号时，则忽略当次目标细胞触发信号。

4.根据权利要求3所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述ta时间为分选声场作用于目标细胞的时间。

5.根据权利要求3所述的细胞分选富集方法，其特征在于：在所述细胞识别步骤中，目标细胞触发信号经过延时tb后作为分选富集的使能信号发送给分选富集模块实现目标细胞的分选富集。

6.根据权利要求5所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述tb时间为细胞在流道内由检测区到达分选起始点的时间长度与ta时间长度的差。

7.根据权利要求1所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述细胞分选步骤具体为：两所述第二压电陶瓷的相位产生相位差，使得分选区域内形成声场的聚焦节点偏离原有流线，将目标细胞推向分选流线使所述目标细胞进入分选通道。

8.根据权利要求1所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述细胞分选步骤具体为：两所述第二压电陶瓷采用高频率的驱动信号，在流道内形成两个聚焦节点，微调驱动信号间的相位，使得分选出口侧的聚焦节点与中心流线更近，当目标细胞进入分选区，换能器在驱动信号的驱动下形成驻波声场，目标细胞会在声场辐射力的作用下向最近的节点移动，进入分选流线并最终进入分选通道与进入废液通道的非目标细胞分离。

9.根据权利要求1所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述细胞分选步骤具体为：当分选信号为高电平时，两所述第二压电陶瓷在驱动信号的作用下，产生超声行波，目标细胞在声辐射力的作用下向分选流线偏离，并随着液流进入分选通道完成分选过程。

10.一种细胞分选富集装置，用于实施如权利要求1-9任意一项所述的细胞分选富集方法，其特征在于：所述细胞分选富集装置包括聚焦模块、检测模块、分析识别模块以及分选富集模块，所述聚焦模块包括流道以及位于所述流道两侧的第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷产生聚焦声场，样本中的细胞在所述聚焦声场的作用下向流道中心聚集并最终形成单线排列的队列，逐一通过检测区，所述检测模块包括设置于所述流道上的检测点、光源、第一探测器以及第二探测器，细胞在检测点的激发光的作用下发出前向散射光、侧向散射光及荧光，所述第一探测器接收所述前向散射光，所述第二探测器接收所述侧向散射光及荧光，所述分析识别模块对样品的细胞进行识别并判断是否为目标细胞，所述分选富集模块包括第二压电陶瓷以及细胞钳位结构，所述第二压电陶瓷将目标细胞从所述流道推向分选通道；所述细胞钳位结构在分选通道的钳位区产生钳位声场，在所述钳位声场作用下，目标细胞会被钳位在区域中心，而液流则保持通过，使目标细胞富集。

技术总结本发明公开了一种细胞分选富集方法及装置，属于流式细胞分析领域，通过在流道旁设置第一压电陶瓷，使样本中的细胞形成单线排列的队列；细胞在检测点的激发光的作用下发出前向散射光、侧向散射光及荧光，前向散射光进入第一探测器，侧向散射光及荧光进入第二探测器；第一探测器以及第二探测器判断目标细胞；通过在流道旁设置第二压电陶瓷，第二压电陶瓷根据目标细胞触发信号将目标细胞从流道推向分选通道；细胞钳位结构在分选通道的钳位区产生钳位声场，在钳位声场作用下，目标细胞会被钳位在区域中心，而液流则保持通过，使目标细胞富集，通过上述方法，细胞富集的准确度高、效率高。技术研发人员：裴智果,马玉婷,王策,陈忠祥,陈梦丽,钟金凤,宋飞飞,严心涛,何帅,王耀,陈建生受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2