一种柔性富集装置及细胞富集微流控芯片

摘要

本发明提出一种柔性富集装置，包括多孔可压缩回弹的高分子聚合物富集柱，还包括压缩元件，所述富集柱吸取待测生物样品液，并填充在压缩元件的腔体内由胶塞密封，推杆连接胶塞，在所述腔体上设有液体出口。本发明富集装置压缩脱水后，能够在腔体中进行样品富集，同时腔体可以并处理试剂进行后续生物处理。提高细胞等检测目标截流数量，为后续生物实验提供可靠的样品浓度。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学检测领域，具体涉及一种柔性富集装置及细胞富集微流控芯片。

背景技术

现有的口腔或者鼻腔取样拭子依靠刷头的刮动，在其表面粘附一些细胞完成取样，取样的多少受限于刷头的大小，同时对唾液取样能吸附的唾液体积有限。普通拭子完成取样后，需要放入样品保存液或者裂解液中搅拌，将所取得的样品释放进入液体中，这步操作如果搅拌不充分，就存在样品释放不完全的可能，同时本就取样不多的样品，进入大量体积的保存液之后相当于稀释了浓度，后期对样品的提取需要再进行浓缩的操作，如核酸样品的磁珠提取步骤，这样就增加了操作的繁琐程度和样品处理时间。

微流控芯片是将传统的实验室样品处理、分析、检测等工作集成到只有几平方厘米的芯片上完成。通过微流体控制、微结构单元等设计，在芯片上实现生化等结果的检测。可以细胞富集、细胞裂解、洗脱等多个生物学操作集合在芯片上，连续性操作。

因此，急需一种在取样的同时能够完成细胞富集的装置及微流控芯片，在细胞富集后继续连续进行细胞裂解、稀释等核酸提取的前处理操作。

发明内容

为了克服现有技术上的问题，本发明提供了一种柔性富集装置及细胞富集微流控芯片。提高待测样品中细胞取样量，通过简单操作完成细胞富集，并通过微流控芯片集成化核酸提取处理过程。

本发明提供以下技术方案：

一种柔性富集装置，包括多孔可压缩回弹的高分子聚合物富集柱，还包括压缩元件，所述富集柱吸取待测生物样品液，并填充在压缩元件的腔体内由胶塞密封，推杆连接胶塞，在所述腔体上设有液体出口。

进一步的，所述富集柱为聚醚多元醇、聚醇、聚酯、有机异氰酸酯、棉纤维或壳聚糖中任一种材料中的一种。

进一步的，所述压缩元件为注射器。

柔性富集装置的使用方法，包括以下步骤：将所述富集柱浸泡在待测生物样品液中；所述富集柱填充在压缩元件的腔体内由胶塞密封；按压推杆，胶塞挤压富集柱发生形变，挤出液从液体出口流出，待测样中的细胞被截流在富集柱上，向腔体中添加细胞处理试剂。

一种柔性富集装置，所述富集柱为聚氨酯，经过表面改性，表面接枝丙烯酸单体。

富集柱表面改性的方法，包括以下步骤：

步骤(1)将等离子处理机的功率调整为100w，将富集柱放入等离子腔，照射1分钟，进行表面清理；

步骤(2)配制改性溶液：将戊二醛用去离子水配置成为质量百分数为7％的引发剂溶液；将丙烯酸用去离子水配制成为质量百分数为0.6％的溶液；

步骤(3)将富集柱在室温条件下浸泡于引发剂溶液中24h，挤干后取出；

步骤(4)在室温条件下将富集柱置于丙烯酸溶液中，浸泡0.5h，挤干后取出；

步骤(5)用乙醇反复冲洗3次，挤干后用去离子水反复冲洗3次，挤干后干燥。

一种细胞富集微流控芯片，包括柔性富集装置，将所述压缩元件的腔体封装在微流控芯片中，在芯片中设置若干储液囊，储液囊与压缩元件的腔体通过微通道相连通，腔体液体出口通过出液微通道连接接芯片的出液接口。

进一步的，储液囊整体由铝箔包裹液体，在储液囊下部设有下凹空间，下凹空间底部设有尖头凸起，

储液囊与压缩元件的腔体之间的微通道上设有单向阀，腔体液体出口与出液接口之间的微通道上设有单向阀。

进一步的，所述待测生物样品液为细胞样品液，所述储液囊分别存储核酸释放剂和洗脱液，所述芯片用于唾液样品核酸检测的前处理。

唾液样品核酸检测的前处理方法，包括以下步骤：

步骤一将所述富集柱放入口腔中咀嚼30s，由唾液浸满富集柱，将富集柱填装在压缩元件的腔体内，由所述胶塞密封富集柱；

步骤二按压推杆，胶塞挤压富集柱发生形变，挤出液从液体出口流出；

步骤三按压存储核酸释放剂的储液囊，下凹空间底部的尖头凸起刺破液体下表面的铝箔，打开单向阀门，核酸释放剂通过微通道进入压缩元件的腔体，裂解细胞释放核酸；按压存储洗脱液的储液囊，下凹空间底部的尖头凸起刺破液体下表面的铝箔，打开单向阀门，洗脱液通过微通道进入压缩元件的腔体，稀释核酸裂解液；

步骤四按压推杆，打开单向阀门，腔体中的核酸洗脱液从液体出口流出。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的柔性富集装置立体交织网状结构富集柱的吸水性强，相较于传统拭子实现取样量增加。

(2)压缩脱水后，能够在腔体中进行样品富集，同时腔体可以并处理试剂进行后续生物处理。提高细胞等检测目标截流数量，为后续生物实验提供可靠的样品浓度。

(3)本发明的细胞富集微流控芯片，结构简单，操作方便，能够做成样品前处理器，无需额外装置可以在芯片中完成核酸检测的前处理。

附图说明

图1是本发明柔性富集装置的结构示意图；

图2是本发明细胞富集微流控芯片的结构示意图；

图3是本发明细胞富集微流控芯片储液囊的结构示意图；

图4是柔性富集柱的富集效果的实验结果图；

图5是表面改性后的柔性富集柱的富集效果实验结果图。

其中：1、富集柱；2、压缩元件；21、腔体；22、胶塞；23、推杆；24、液体出口；3、储液囊；31、铝箔；32、下凹空间；33、尖头凸起；4、微通道；5、出液接口；6、单向阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种柔性富集装置，包括多孔可压缩回弹的高分子聚合物富集柱1，还包括压缩元件2，富集柱吸取待测生物样品液，并填充在压缩元件的腔体21内由胶塞22密封，推杆23连接胶塞，在腔体上设有液体出口24。按动推杆挤出多余的液体，富集柱的立体交织网状结构能够将需要检测的细胞等物质大部分截留在富集柱上，富集柱利用本身的立体交织网状结构形成的过滤筛效果截留细胞等物质。

优选的，多孔可压缩回弹的高分子聚合物可以采用聚醚多元醇、聚醇、聚酯、有机异氰酸酯、棉纤维或壳聚糖中任一种材料。聚醚多元醇和聚醇材料表面的羟基等基团可以增加亲水性吸附溶液中的细胞等物质；聚酯和有机异氰酸酯材料表面的氨基可以在溶液中带上电荷，吸附带异性电荷的细胞等物质；棉纤维和壳聚糖材料表面的羧基和羟基等基团有很强的亲水性，可以吸附细胞等物质。

腔体可以采用硬性材质或软性材质。优选的，压缩元件可以采用注射器，注射器的筒体相当于腔体，活塞相当于胶塞，活塞杆相当于推杆，注射器出口相当于液体出口，使用、携带时更为方便。

柔性富集装置的使用方法，包括以下步骤：将富集柱浸泡在待测样液体中；集柱填充在压缩元件的腔体内由胶塞密封；按压推杆，胶塞挤压富集柱发生形变，挤出液从液体出口流出，待测样中的细胞被截流在富集柱上，向腔体中添加细胞处理试剂。

为了证明本发明柔性富集柱的富集效果，进行了如下核酸浓度比对试验。

1)取同一唾液样本4份，每份取400uL体积，其中编号1、2号直接加入400uL核酸释放剂；将柔性富集装置中的聚氨酯富集柱浸泡中3、4号唾液样本中；

2)推杆压缩胶塞挤出3、4号样本的中多余的水分，再向腔体中加入100uL核酸释放剂；

3)将加有核酸释放剂的4份样本放置15min使反应完全；挤出3、4号样品中的核酸裂解液；

4)利用核酸浓度检测仪对4份核酸裂解液进行核酸浓度检测，检测核酸浓度，制作标准曲线；

5)获得的检查结果，把1、2号样品的核酸浓度取平均值，3、4号样品的核酸浓度取平均值，绘制柱形图，结果如图4所示。

唾液样品直接裂解细胞后，检测的核酸浓度为0.0812ng/uL，经过富集装置富集细胞后再裂解细胞，检测的核酸浓度为0.259ng/uL，核酸浓度显著提高。

实施例2

为了增加细胞等物质的吸附能力，本发明的富集柱采用聚氨酯，经过表面改性，表面接枝丙烯酸单体，增加对细胞的静电吸附能力。

表面改性的方法，包括以下步骤：

步骤(1)将等离子处理机的功率调整为100w，将聚氨酯富集柱放入等离子腔，照射1分钟，进行表面清理；

步骤(2)配制改性溶液：将戊二醛用去离子水配置成为质量百分数为7％的引发剂溶液；将丙烯酸用去离子水配制成为质量百分数为0.6％的溶液；

步骤(3)将富集柱在室温条件下浸泡于引发剂溶液中24h，挤干后取出；

步骤(4)在室温条件下将富集柱置于丙烯酸溶液中，浸泡0.5h，挤干后取出；

步骤(5)用乙醇反复冲洗3次，挤干后用去离子水反复冲洗3次，挤干后干燥。

为了证明本发明表面改性后的柔性富集柱的富集效果，进行了如下核酸浓度比对试验。

1)取同一唾液样本4份，每份取400uL体积，其中将未进行表面改性的聚氨酯富集柱浸泡在编号1、2号唾液样品中，将经过上述改性方法进行表面改性的聚氨酯富集柱浸泡中3、4号唾液样本中；分别将4号聚氨酯富集柱填装在压缩元件中；

2)分别按压推杆压缩胶塞挤出样本的中多余的水分，再向腔体中加入100uL核酸释放剂；

3)将加有核酸释放剂的4份样本放置15min使反应完全；挤出4份样品中的核酸裂解液；

4)利用核酸浓度检测仪对4份核酸裂解液进行核酸浓度检测，检测核酸浓度，制作标准曲线；

5)获得的检查结果，把1、2号样品的核酸浓度取平均值，3、4号样品的核酸浓度取平均值，绘制柱形图，结果如图5所示。

未改性的聚氨酯富集柱富集后，检测的核酸浓度为0.55ng/uL，经过接枝改性的聚氨酯富集柱富集后，检测的核酸浓度为0.964ng/uL，经过表面接枝改性后的聚氨酯富集柱能够更好的截流细胞，从而提高裂解后的核酸浓度。

实施例3

本发明提供了一种细胞富集微流控芯片，如图2、3所示，包括柔性富集装置，将压缩元件的腔体封装在微流控芯片中，在芯片中设置若干储液囊3，储液囊与压缩元件的腔体通过微通道4相连通，腔体液体出口通过出液微通道4连接接芯片的出液接口5。

储液囊整体由铝箔31包裹液体，在储液囊下部设有下凹空间32，下凹空间底部设有尖头凸起33，储液囊与压缩元件的腔体之间的微通道上设有单向阀6，腔体液体出口与出液接口之间的微通道上设有单向阀6。该芯片将样本处理试剂与柔性柱挤压腔室集成在一起，通过几次按压就可以实现柔性柱上样本处理和挤出，避免了反复打开柔性柱处理腔室操作，保证了样品溶液的密封环境，减少污染风险，同时也大大提高了操作的简便性。

待测生物样品液为细胞样品液，储液囊分别存储核酸释放剂和洗脱液，芯片用于唾液样品核酸检测的前处理。

唾液样品核酸检测的前处理方法，包括以下步骤：

步骤一将富集柱放入口腔中咀嚼30s，由唾液浸满富集柱，将富集柱填装在压缩元件的腔体内，由所述胶塞密封富集柱；

步骤二按压推杆，胶塞挤压富集柱发生形变，挤出液从液体出口流出；

步骤三按压存储核酸释放剂的储液囊，下凹空间底部的尖头凸起刺破液体下表面的铝箔，打开单向阀门，核酸释放剂通过微通道进入压缩元件的腔体，裂解细胞释放核酸；按压存储洗脱液的储液囊，下凹空间底部的尖头凸起刺破液体下表面的铝箔，打开单向阀门，洗脱液通过微通道进入压缩元件的腔体，稀释并洗脱核酸裂解液；

步骤四按压推杆，打开单向阀门，腔体中的核酸洗脱液从液体出口流出。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。