基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)，該裝置包括細(xì)胞儲(chǔ)液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)，另一端與細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的入口端相連；細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端與癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連；CMOS高速攝像機(jī)設(shè)置在細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片下捕捉變形細(xì)胞圖像；處理器根據(jù)獲取的變形細(xì)胞圖像確定變形細(xì)胞的形變量，并根據(jù)此形變量確定該變形細(xì)胞是否為癌細(xì)胞，若是則處理器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)叉指式換能器產(chǎn)生聲表面波使變形細(xì)胞流向癌細(xì)胞分離芯片的癌細(xì)胞出口端。應(yīng)用本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)，能夠快速檢測(cè)細(xì)胞的形變量，并根據(jù)癌細(xì)胞與正常細(xì)胞形變量的不同將癌細(xì)胞從病人血液樣本中分離出來(lái)。

Cancer Cell Separation Device and Control System Based on Cell Deformation and Surface Acoustic Wave

The invention discloses a cancer cell separation device and control system based on cell deformation and surface acoustic wave, which comprises a cell reservoir and an injection micropump; one end of the injection micropump is inserted into the cell reservoir, the other end is connected with the entrance end of the cell deformation detection chip; the exit end of the cell deformation detection chip is connected with the entrance end of the cancer cell separation chip; and the CMOS is high. The speed camera is set up under the cell deformation detection chip to capture the image of deformed cells; the processor determines the deformation of deformed cells based on the acquired deformed cell image, and determines whether the deformed cells are cancer cells or not. If so, the processor outputs driving signal to drive the interdigital transducer to generate surface acoustic wave (SAW) and make the deformed cells flow to the cancer cells of the cancer cell separation chip. Exit end. The invention can quickly detect the deformation of cells and separate cancer cells from blood samples of patients according to the difference of the deformation of cancer cells and normal cells.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)
本專(zhuān)利技術(shù)涉及細(xì)胞分選分離
，特別涉及一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
癌癥是一種嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的重大疾病，其發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)。對(duì)于相同來(lái)源的細(xì)胞，癌變后的細(xì)胞比正常細(xì)胞更軟，更容易產(chǎn)生變形，更易于癌癥發(fā)生轉(zhuǎn)移。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械表型一直被認(rèn)為是量化細(xì)胞中生理和病理起源的功能變化的無(wú)標(biāo)記方法。這方法已經(jīng)在細(xì)胞分化和惡性轉(zhuǎn)移的背景下得到驗(yàn)證，并催生了許多基礎(chǔ)研究方法的發(fā)展。其中，單細(xì)胞的變形性的改變可以作為一種生物學(xué)研究的重要指標(biāo)。相對(duì)于生物分子標(biāo)記物，這種無(wú)標(biāo)記的可變形性的指標(biāo)不需要染色、抗體處理等一些預(yù)處理步驟，可節(jié)省更多的操作成本。細(xì)胞在癌變的過(guò)程中，細(xì)胞的變形性質(zhì)就已經(jīng)發(fā)生了變化。處于不同癌變階段的細(xì)胞，其變形能力是不同的。這表明通過(guò)測(cè)量細(xì)胞的剛度，原則上可以區(qū)分處于不同癌變程度的細(xì)胞，這為監(jiān)控癌癥從侵襲前到侵襲的發(fā)生發(fā)展提供了一種可能。細(xì)胞的變形性可以作為細(xì)胞癌變的敏感標(biāo)志，因此測(cè)量細(xì)胞剛度具有重要的臨床意義。目前檢測(cè)細(xì)胞變形性的方法主要有原子力顯微鏡方法、微管吸吮技術(shù)、細(xì)胞壓痕、激光衍射法、流體剪切法等。這些測(cè)量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如微管吸吮方法是目前研究細(xì)胞力學(xué)常用的方法之一，但是此方法一次只能反映單個(gè)細(xì)胞變形性，檢測(cè)速率低(10-100個(gè)細(xì)胞/h)，不適合臨床應(yīng)用；而原子力顯微鏡方法操作復(fù)雜，設(shè)備昂貴，檢測(cè)速率同樣很低。因此，設(shè)計(jì)一種高通量的癌細(xì)胞形變量的方法是十分有必要的。高通量檢測(cè)病變部位細(xì)胞的剛度，不僅可以潛在判斷病人處于癌癥的階段，并且可以根據(jù)細(xì)胞剛度的不同，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)。如今的技術(shù)僅僅限于檢測(cè)細(xì)胞的剛度，未考慮將細(xì)胞的這種無(wú)標(biāo)記特征作為細(xì)胞分離的依據(jù)?；诩?xì)胞的變形性特征作為分離標(biāo)志對(duì)于癌癥的研究和診斷有重大的潛在意義，可進(jìn)行癌癥的分期、復(fù)發(fā)檢測(cè)、癌癥抗藥性的分子分析等。目前，傳統(tǒng)的細(xì)胞分離技術(shù)如離心法和過(guò)濾法耗時(shí)、產(chǎn)率低、需要的樣本量大，不適合微量珍貴樣品的分析。如今，微流控芯片的微通道縮小到微米級(jí)，可以精確操控微尺度的流體，樣品以及試劑的消耗量得以大幅度降低，反應(yīng)時(shí)間快，非常適合細(xì)胞分離。隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，聲表面波開(kāi)始引入到微流控芯片上，用于微粒、液滴、細(xì)胞的分離和操縱。微粒在聲表面波的微流控芯片中會(huì)受到聲輻射力和粘滯力，對(duì)于大于臨界尺寸的粒子，聲輻射力起主導(dǎo)作用，粒子向節(jié)點(diǎn)位置移動(dòng)；對(duì)于小于臨界尺寸的粒子，粘滯力抵消了大部分的聲輻射力，導(dǎo)致了很小的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子進(jìn)行有效的分離。在微流控聲場(chǎng)中，作用于顆粒的聲輻射力的大小與微粒的尺寸大小、密度、可壓縮率三者密切相關(guān)，而且通過(guò)調(diào)節(jié)叉指式換能器的激勵(lì)頻率，可以改變分離微粒的臨界尺寸，因此基于聲表面波的微流控芯片對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分離比較靈活。如今基于聲表面波的分離方法是根據(jù)細(xì)胞尺寸大小和密度進(jìn)行的，這就使得分離的癌細(xì)胞只是保證了尺寸上的一致性，而特異性不能得到保證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)，能夠快速檢測(cè)細(xì)胞的形變量，并根據(jù)癌細(xì)胞與正常細(xì)胞形變量的不同將癌細(xì)胞從病人血液樣本中分離出來(lái)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供了如下方案：一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置，所述癌細(xì)胞分離裝置包括細(xì)胞儲(chǔ)液器、注射微泵、LED燈、細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片、癌細(xì)胞分離芯片、CMOS高速攝像機(jī)以及處理器；所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)放置細(xì)胞懸浮液；所述細(xì)胞懸浮液為待檢測(cè)細(xì)胞；所述注射微泵的一端伸入所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)，所述注射微泵的另一端通過(guò)聚合物管與所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的入口端相連；所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端與所述癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連；所述癌細(xì)胞分離芯片設(shè)有正常細(xì)胞出口端和癌細(xì)胞出口端；所述LED燈設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片上且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行照射，所述CMOS高速攝像機(jī)設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片下且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行拍攝；所述處理器的輸入端與所述CMOS高速攝像機(jī)連接，所述處理器的輸出端與所述癌細(xì)胞分離芯片內(nèi)的叉指式換能器連接?？蛇x的，所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片包括第一玻璃基底和含有微縮通道的蓋片；所述微縮通道依次包括第一通道、收縮通道和第二通道；所述收縮通道的橫截面為正方形；所述收縮通道的橫截面的尺寸為25μm*25μm；所述第一通道和所述第二通道的直徑均為1.5mm?？蛇x的，所述微縮通道的長(zhǎng)度為5mm?？蛇x的，所述癌細(xì)胞分離芯片包括第二玻璃基底和含有微通道的蓋片；所述微通道的兩側(cè)均對(duì)應(yīng)設(shè)置所述叉指式換能器；所述叉指式換能器產(chǎn)生的聲表面波作用于所述微通道內(nèi)的變形細(xì)胞?？蛇x的，所述微通道的高為50μm；所述微通道的寬為800μm?？蛇x的，所述叉指式換能器包括50對(duì)叉指，所述叉指的寬度為100μm，所述叉指的間距為100μm，所述叉指的周期為400μm，所述叉指的交叉長(zhǎng)度為11mm?？蛇x的，所述叉指式換能器的壓電基底的材料為鈮酸鋰(LiNbO3)材料；所述壓電基底的尺寸為25mm*25mm*500μm?？蛇x的，所述癌細(xì)胞分離裝置還包括連接通道；所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端通過(guò)所述連接通道與所述癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連。可選的，所述注射微泵用于提供驅(qū)動(dòng)力。本專(zhuān)利技術(shù)還提供了一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離控制系統(tǒng)，所述癌細(xì)胞分離控制系統(tǒng)包括：所述CMOS高速攝像機(jī)用于捕捉細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞圖像；所述處理器包括處理模塊和判斷模塊；所述處理模塊，與所述CMOS高速攝像機(jī)連接，用于獲取所述變形細(xì)胞圖像，并對(duì)所述變形細(xì)胞圖像進(jìn)行處理，確定變形細(xì)胞的形變量；所述判斷模塊，與所述叉指式換能器連接，用于判斷所述變形細(xì)胞的形變量是否大于預(yù)先存儲(chǔ)在所述處理器的設(shè)定閾值，并當(dāng)所述變形細(xì)胞的形變量大于所述設(shè)定閾值時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸至所述叉指式換能器以驅(qū)動(dòng)所述叉指式換能器產(chǎn)生聲表面波使所述變形細(xì)胞流向癌細(xì)胞分離芯片的癌細(xì)胞出口端；當(dāng)所述變形細(xì)胞的形變量小于或者等于所述設(shè)定閾值時(shí)不輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述變形細(xì)胞流向所述癌細(xì)胞分離芯片的正常細(xì)胞出口端；所述設(shè)定閾值為正常細(xì)胞形變量與癌細(xì)胞形變量的分界值。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置及控制系統(tǒng)，該裝置包括內(nèi)放置細(xì)胞懸浮液的細(xì)胞儲(chǔ)液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)，另一端與細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的入口端相連；細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端與癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連；癌細(xì)胞分離芯片設(shè)有正常細(xì)胞出口端和癌細(xì)胞出口端；LED燈設(shè)置在細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片上；CMOS高速攝像機(jī)設(shè)置在細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片下捕捉細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞圖像；處理器的輸入端與CMOS高速攝像機(jī)連接，該處理器根據(jù)獲取的變形細(xì)胞圖像確定變形細(xì)胞的形變量，并根據(jù)變形細(xì)胞的形變量確定該變形細(xì)胞是否為癌細(xì)胞，若是則處理器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)叉指式換能器產(chǎn)生聲表面波使變形細(xì)胞流向癌細(xì)胞出口端。應(yīng)用本專(zhuān)利技術(shù)，能夠快速檢測(cè)細(xì)胞的形變量，并根據(jù)癌細(xì)胞與正常細(xì)胞形變量的不同將癌細(xì)胞從病人血液樣本中分離出來(lái)。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述癌細(xì)胞分離裝置包括細(xì)胞儲(chǔ)液器、注射微泵、LED燈、細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片、癌細(xì)胞分離芯片、CMOS高速攝像機(jī)以及處理器；所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)放置細(xì)胞懸浮液；所述細(xì)胞懸浮液為待檢測(cè)細(xì)胞；所述注射微泵的一端伸入所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)，所述注射微泵的另一端通過(guò)聚合物管與所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的入口端相連；所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端與所述癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連；所述癌細(xì)胞分離芯片設(shè)有正常細(xì)胞出口端和癌細(xì)胞出口端；所述LED燈設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片上且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行照射，所述CMOS高速攝像機(jī)設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片下且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行拍攝；所述處理器的輸入端與所述CMOS高速攝像機(jī)連接，所述處理器的輸出端與所述癌細(xì)胞分離芯片內(nèi)的叉指式換能器連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于細(xì)胞形變量和聲表面波的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述癌細(xì)胞分離裝置包括細(xì)胞儲(chǔ)液器、注射微泵、LED燈、細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片、癌細(xì)胞分離芯片、CMOS高速攝像機(jī)以及處理器；所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)放置細(xì)胞懸浮液；所述細(xì)胞懸浮液為待檢測(cè)細(xì)胞；所述注射微泵的一端伸入所述細(xì)胞儲(chǔ)液器內(nèi)，所述注射微泵的另一端通過(guò)聚合物管與所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的入口端相連；所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片的出口端與所述癌細(xì)胞分離芯片的入口端相連；所述癌細(xì)胞分離芯片設(shè)有正常細(xì)胞出口端和癌細(xì)胞出口端；所述LED燈設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片上且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行照射，所述CMOS高速攝像機(jī)設(shè)置在所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片下且對(duì)所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片內(nèi)的變形細(xì)胞進(jìn)行拍攝；所述處理器的輸入端與所述CMOS高速攝像機(jī)連接，所述處理器的輸出端與所述癌細(xì)胞分離芯片內(nèi)的叉指式換能器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述細(xì)胞形變量檢測(cè)芯片包括第一玻璃基底和含有微縮通道的蓋片；所述微縮通道依次包括第一通道、收縮通道和第二通道；所述收縮通道的橫截面為正方形；所述收縮通道的橫截面的尺寸為25μm*25μm；所述第一通道和所述第二通道的直徑均為1.5mm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述微縮通道的長(zhǎng)度為5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述癌細(xì)胞分離芯片包括第二玻璃基底和含有微通道的蓋片；所述微通道的兩側(cè)均對(duì)應(yīng)設(shè)置所述叉指式換能器；所述叉指式換能器產(chǎn)生的聲表面波作用于所述微通道內(nèi)的變形細(xì)胞。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的癌細(xì)胞分離裝置，其特征在于，所述微通道的高為...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉娜，杜盼盼，蒲華燕，彭艷，楊揚(yáng)，羅均，謝少榮，劉媛媛，楊毅，孫翊，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31