МИКРОФЛЮИДНЫЙ ЧИП ДЛЯ СОРТИРОВКИ ЖИВЫХ КЛЕТОК Российский патент 2025 года по МПК C12M1/00 C12M1/34 C12M3/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к технической области сортировки клеток и, в частности, к микрофлюидному чипу для сортировки живых клеток.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

По мере углубления исследований в области клеток, люди узнают все больше информации о клетках. Сортировка клеток в исследованиях клеток играет решающую роль при изучении физиологии и патологии клеток. Основным техническим приемом для сортировки клеток, который в настоящий момент доступен на рынке, является использование комбинации проточного цитометра и микрофлюидного чипа для сортировки целевых клеток из популяции клеток. В чипе для сортировки клеток может использоваться пьезоэлектрическая, магнитная или пневматическая конструкция для направления клеток, чтобы они меняли свою траекторию. По сравнению с другими направляющими конструкциями, пневматическая направляющая конструкция приводит к меньшим повреждениям клеток. Таким образом, при возникновении необходимости отсортировать живые клетки, для сортировки живых клеток в основном склоняются к выбору чипа для сортировки клеток на основе пневматической направляющей конструкции. Например, в существующем сортирующем устройстве для одновременного выявления множества флуоресцентных сигналов в клетках, микрофлюидный чип содержит область выявления, область сортировки, впускное отверстие для газа, отсек для отработанной жидкости и отсек для целевых клеток. Область выявления и область сортировки соединены первым каналом для потока клеток, область сортировки и отсек для отработанной жидкости соединены вторым каналом для потока клеток, впускное отверстие для газа и область сортировки соединены каналом для потока газа, а отсек для целевых клеток и область сортировки соединены каналом для сортируемого потока. Первый канал для потока клеток, второй канал для потока клеток, канал для потока газа и канал для сортируемого потока выполнены в форме креста вокруг области сортировки. В данном решении целевые клетки вдуваются в канал для сортируемого потока путем введения газа в канал для потока газа. Газ приводит к меньшим повреждениям целевых клеток, поскольку он меняет их траектории. Однако площадь области сортировки в данном решении слишком мала. Когда скорость потока суспензии клеток в канале для сортируемого потока слишком высока, время пребывания целевых клеток в области сортировки слишком короткое, поэтому потоку газа в канале для газа трудно осуществить точное вдувание целевых клеток в канал для сортируемого потока, что снижает точность сортировки клеток.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении представлен микрофлюидный чип для сортировки живых клеток, который решает проблемы решений, известных из уровня техники: слишком малая площадь области сортировки микрофлюидного чипа; следовательно, когда скорость потока суспензии клеток в канале для сортируемого потока слишком высока, время пребывания целевых клеток в области сортировки слишком коротко, поэтому потоку газа в канале для газа трудно осуществить точное вдувание целевых клеток в канал для сортируемого потока, что снижает точность сортировки клеток. В настоящем решении площадь области сортировки может быть дополнительно увеличена для того, чтобы продлить время пребывания клеток в области сортировки, так что поток газа может точно вдувать целевые клетки канал для целевого потока, тем самым повышая точность сортировки клеток.

Настоящее изобретение предусматривает следующее техническое решение: микрофлюидный чип для сортировки живых клеток содержит область для образца, канал для потока образца, находящийся в сообщении с областью для образца, электромагнитный клапан для входящего газа, канал для потока входящего газа, находящийся в сообщении с электромагнитным клапаном для входящего газа, отсек для целевых клеток, канал для целевого потока, находящийся в сообщении с отсеком для целевых клеток, отсек для нецелевых клеток, канал для нецелевого потока, находящийся в сообщении с отсеком для нецелевых клеток, и канал для сортируемого потока. Канал для потока образца находится в сообщении с впускным концом для жидкости канала для сортируемого потока, канал для целевого потока и канал для нецелевого потока находятся в сообщении с выпускным концом для жидкости канала для сортируемого потока, а канал для потока входящего газа находится в сообщении с каналом для сортируемого потока и расположен на одном конце канала для сортируемого потока вблизи его выпускного отверстия для жидкости. Канал для потока входящего газа и канал для нецелевого потока расположены с другой стороны канала для сортируемого потока. Прилежащий угол между каналом для целевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 130°. Прилежащий угол между каналом для нецелевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 140°. Ось канала для потока входящего газа перпендикулярна оси канала для сортируемого потока. Расстояние d между точкой пересечения оси канала для потока входящего газа с осью канала для сортируемого потока и точкой пересечения канала для сортируемого потока, канала для целевого потока и канала для нецелевого потока составляет от 0,02 мм до 0,05 мм. Область сортировки клеток расположена на конце канала для сортируемого потока, который пересекается с каналом для целевого потока, каналом для нецелевого потока и каналом для потока входящего газа.

Во время функционирования микрофлюидного чипа целевые клетки и нецелевые клетки в области образца попадают в канал для потока образца с потоком суспензии клеток, а также размещаются по отдельности и линейно в канале для потока образца. По мере дальнейшего непрерывного протекания суспензии клеток, целевые клетки и нецелевые клетки попадают в канал для сортируемого потока. Устройство для идентификации целевых клеток идентифицирует клетки, попадающие в канал для сортируемого потока. Когда клетка идентифицирована как целевая клетка, электромагнитный клапан для входящего газа активируется для закачки газа в канал для потока входящего газа. Когда целевая клетка проходит в область сортировки, газ в канале для потока входящего газа может просто пройти в область сортировки и вдуть целевую клетку в канал для целевого потока. Когда клетка идентифицирована как нецелевая клетка, электромагнитный клапан для входящего газа не вдувает газ в канал для потока входящего газа, а после прохождения нецелевой клетки в область сортировки, она продолжает протекать в канал для нецелевого потока с суспензией клеток.

В настоящем решении, когда формы точек пересечения канала для целевого потока, канала для нецелевого потока и канала для потока входящего газа с каналом для сортируемого потока заданы, а расстояние d между точкой пересечения оси канала для потока входящего газа с осью канала для сортируемого потока и точкой пересечения канала для сортируемого потока, канала для целевого потока и канала для нецелевого потока составляет от 0,02 мм до 0,05 мм, длина области сортировки увеличивается, что продлевает время пребывания целевых клеток в области сортировки, чем обеспечивается больше соответствующих возможностей закачки газа в канал для потока газа для того, чтобы вдуть целевые клетки в канал для целевого потока и тем самым повысить точность сортировки целевых клеток.

После того, как газ в канале для потока входящего газа попал в область сортировки, газ прикладывает к клетке отклоняющую силу, перпендикулярную исходной траектории клетки. После того, как целевая клетка приняла отклоняющую силу от газа, траектория движения целевой клетки меняется на параболическую траекторию перемещения в канал для потока целевых клеток. Форма параболы зависит от исходной скорости потока клетки и давления входящего газа, а прилежащий угол между двумя асимптотами параболы равняется прилежащему углу между каналом для сортируемого потока и каналом для целевого потока. По мере перемещения клетки в область сортировки необходимо обеспечивать, чтобы целевая клетка могла попадать в канал для потока целевых клеток и чтобы направление движения целевой клетки было параллельно оси канала для целевого потока, когда расстояние перемещения целевой клетки вдоль оси канала для сортируемого потока составляет d; а когда расстояние d составляет от 0,02 мм до 0,05 мм, а прилежащий угол между каналом для целевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 130°, целевая клетка может плавно заходить в канал для потока целевых клеток, а направление движения целевой клетки параллельно оси канала для потока целевых клеток. Кроме того, поскольку отклоняющая сила, необходимая для изменения траектории целевой клетки, когда прилежащий угол между каналом для целевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 130°, меньше, чем отклоняющая сила, необходимая для изменения траектории целевой клетки, когда канал для целевого потока перпендикулярен каналу для сортируемого потока, то даже если давление входящего газа в настоящей заявке меньше, чем давление входящего газа в решениях уровня техники, микрофлюидный чип по настоящей заявке все еще сможет осуществлять сортировку клеток. Пониженное давление входящего газа приводит к меньшим повреждениям целевой клетки, так что микрофлюидный чип по настоящей заявке может приводить к меньшим повреждениям целевой клетки по сравнению с решениями уровня техники. Более того, когда прилежащий угол между каналом для нецелевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 140°, то после приема целевой клеткой отклоняющей силы, выдаваемой газом в канале для потока входящего газа, прилежащий угол между направлением движения целевой клетки и осью канала для нецелевого потока будет больше, что дополнительно предотвращает попадание целевой клетки в канал для нецелевого потока.

Предпочтительно, канал для сортируемого потока имеет первый канал для потока и второй канал для потока. Диаметр первого канала для потока составляет от 0,1 мм до 0,12 мм. Диаметр второго канала для потока составляет от 0,18 мм до 0,2 мм. Первый канал для потока находится в сообщении с каналом для потока образца, а второй канал для потока находится в сообщении с каналом для целевого потока, каналом для нецелевого потока и каналом для потока входящего газа. Диаметр второго канала для потока больше, чем диаметр первого канала для потока, так что скорость движения клеток во втором канале для потока может быть снижена, а также может быть предотвращено прохождение потока газа в канале для потока входящего газа в первый канал для потока. Когда часть потока газа проходит в направлении первого канала для потока, эта часть потока газа не может быстро проходить через концы соединения второго канала для потока и первого канала для потока, что может предотвращать обратный отток этой части потока газа и воздействие на клетки, приводящее к их повреждению.

Предпочтительно, конец второго канала для потока, соединенный с первым каналом для потока, является коническим. Соединение между первым каналом для потока и вторым каналом для потока является коническим, так что раствор образца в первом канале для потока может плавно попадать и заполнять собой второй канал для потока.

Предпочтительно, между вторым каналом для потока, каналом для потока входящего газа, каналом для нецелевого потока и каналом для целевого потока выполнены дугообразные фаски. Дугообразная фаска между вторым каналом для потока и каналом для потока входящего газа является первой фаской. Фаска между каналом для потока входящего газа и каналом для нецелевого потока является второй фаской. Фаска между каналом для нецелевого потока и каналом для целевого потока является третьей фаской. Фаска между каналом для целевого потока и вторым каналом для потока является четвертой фаской. Радиус первой фаски составляет от 0,08 мм до 0,1 мм. Радиус второй фаски составляет от 0,08 мм до 0,1 мм. Радиус третьей фаски составляет от 0,12 мм до 0,15 мм. Радиус четвертой фаски составляет от 0,18 мм до 0,2 мм. В точках пересечения на боковых стенках, где пересекаются второй канал для потока, канал для потока входящего газа, канал для нецелевого потока и канал для целевого потока, выполнены дугообразные фаски, при этом дуги фасок совпадают с параболической траекторией перемещения клетки, чем обеспечивается регулировка направления движения клетки. Даже если клетка упрется в боковую стенку, дугообразная фаска в точек пересечения на боковой стенке предотвратит повреждение клетки. Результаты экспериментов показывают, что когда радиус первой фаски составляет от 0,08 мм до 0,1 мм, радиус второй фаски составляет от 0,08 мм до 0,1 мм, радиус третьей фаски составляет от 0,12 мм до 0,15 мм, а радиус четвертой фаски составляет от 0,18 мм до 0,2 мм, эти фаски обеспечивают наилучший эффект регулировки направления клетки.

Предпочтительно, канал для потока образца имеет канал для потока клеток и каналы для потока капсульной среды, а область образца содержит область смешанных клеток и область капсульной среды. Канал для потока клеток находится в сообщении с областью смешанных клеток, а каналы для потока капсульной среды находятся в сообщении с областью капсульной среды. Каналы для потока капсульной среды и канал для потока клеток пересекаются на впускном конце для жидкости канала для сортируемого потока. Предусмотрено два канала для потока капсульной среды. Два канала для потока капсульной среды расположены, соответственно, с двух противоположных сторон канала для потока клеток и симметрично вокруг оси канала для потока клеток. Диаметр канала для потока капсульной среды равняется диаметру канала для потока клеток, а диаметр канала для нецелевого потока вдвое больше диаметра канала для целевого потока. Капсульная среда может обволакивать клетки таким образом, что поток клеток в область выявления цитометра имеет форму одной прямой линии. Два канала для потока капсульной среды расположены, соответственно, с двух сторон канала для потока клеток, так что клетки, протекающие в канал для сортируемого потока, расположены посередине канала для сортируемого потока. Диаметр канала для потока капсульной среды равняется диаметру канала для потока клеток, а диаметр канала для нецелевого потока вдвое больше диаметра канала для целевого потока, так что соотношение суспензии клеток, попадающей в канал для сортируемого потока, к капсульным средам с двух сторон составляет 1:1:1. Когда жидкость в канале для сортируемого потока не подвергается внешним воздействиям, капсульная среда на стороне, которая ближе к каналу для целевого потока, протекает в канал для целевого потока, а суспензия клеток и капсульная среда на другой стороне протекают в канал для нецелевого потока, чем обеспечивается автоматическая регулировка направления нецелевых клеток в канал для нецелевого потока.

Предпочтительно, длина канала для целевого потока составляет не более 5 мм. Давление газа, закачиваемого в канал для потока входящего газа, не должно быть слишком высоким, так как в противном случае газ, попадающий в микрофлюидный чип, будет прерываться во всем канале для потока. Таким образом, тяга газа, действующая на целевую клетку, является недостаточной для того, чтобы клетка могла переместиться на очень большое расстояние в канале для целевого потока. Если канал для целевого потока слишком длинный, то целевая клетка будет оставаться в канале для целевого потока и не может достигать отсека для целевых клеток. В результате этого, длина канала для целевого потока не может быть слишком большой. Результаты экспериментов показывают, что когда длина канала для целевого потока не превышает 5 мм, то тяга газа, воздействующая на целевую клетку, может обеспечивать плавное прохождение целевой клетки по каналу для целевого потока и ее попадание в отсек для целевых клеток.

Предпочтительно, прилежащий угол между каналом для капсульной среды и каналом для потока клеток составляет от 25° до 35°. Каждый канал для потока капсульной среды имеет змеевидную секцию сопротивления потоку для снижения скорости потока капсульной среды в канале для потока капсульной среды. По мере увеличения прилежащего угла между каналом для потока капсульной среды и каналом для потока клеток усиливается воздействие потока капсульной среды на поток суспензии клеток после схождения капсульной среды с суспензией клеток, что воздействует на клетки в потоке суспензии клеток. Результаты экспериментов показывают, что когда прилежащий угол между каналом для потока капсульной среды и каналом для потока клеток составляет от 25° до 35°, капсульная среда может плавно смешиваться с суспензией клеток. Сопротивление потоку обеспечивается змеевидной секцией. После прохождения капсульной среды по змеевидному каналу для потока капсульной среды, кинетическая энергия капсульной среды и скорость потока капсульной среды снижаются, что снижает скорость потока раствора образца, попадающего в первый канал для потока и скорость движения клеток.

По сравнению с уровнем техники, настоящее изобретение обладает следующими полезными эффектами: микрофлюидный чип в настоящем решении предотвращает повреждение клеток в ходе скрининга клеток. Область сортировки клеток в настоящем решении расширена для того, чтобы продлить время пребывания целевых клеток в области сортировки клеток, чем обеспечиваются более подходящие возможности закачки газа, что предотвращает попадание целевых клеток в отсек для нецелевых клеток ввиду медленной закачки газа и повышает точность сортировки клеток. Более того, целевые клетки могут проходить в канал для целевого потока за счет использования газа под более низким давлением. Канал для сортируемого потока может снижать скорость движения клеток и предотвращать обратный отток газа, что может дополнительно повысить точность сортировки клеток и предотвратить повреждение клеток. В точках пересечения на боковых стенках, в которых пересекаются второй канал для потока, канал для потока входящего газа, канал для нецелевого потока и канал для целевого потока, выполнены дугообразные фаски, обеспечивающие возможность регулировки направления клеток, попадающих в область сортировки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 изображен схематический вид конструкции микрофлюидного чипа для сортировки живых клеток, согласно настоящему изобретению;

на ФИГ. 2 изображен увеличенный вид В по ФИГ. 1, на которой изображен микрофлюидный чип для сортировки живых клеток, согласно настоящему изобретению; и

на ФИГ. 3 изображен увеличенный вид А по ФИГ. 1, на которой изображен микрофлюидный чип для сортировки живых клеток, согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Прилагаемые чертежи представлены лишь в целях иллюстрации, и их не следует рассматривать в качестве ограничения настоящего изобретения. Для того, чтобы лучше проиллюстрировать данный вариант реализации, некоторые компоненты на сопроводительных чертежах не показаны, увеличены или уменьшены, и они не отображают реальные размеры соответствующего компонента. Специалисту в данной области техники будет ясно, что некоторые общеизвестные конструкции, изображенные на сопроводительных чертежах, и их описание могут быть опущены. Взаимные положения, описанные на сопроводительных чертежах, представлены лишь в качестве иллюстративного примера, и их не следует рассматривать в качестве ограничения настоящего изобретения.

Одинаковые или подобные ссылочные обозначения на сопроводительных чертежах варианта реализации настоящего изобретения соответствуют одинаковым или подобным компонентам. Следует понимать, что если в описании настоящего изобретения ориентация или взаимные положения, указанные терминами «сверху», «снизу», «слева», «справа», «длинный» и «короткий», основана на ориентации или взаимных положениях, изображенных на сопроводительных чертежах, то это представлено лишь для удобства описания настоящего изобретения и его упрощения, и не указывает и не подразумевает, что указанное устройство или элемент должно/должен иметь специфическую ориентацию или сконструировано/сконструирован и функционировать в специфической ориентации. Таким образом, термины, которые описывает взаимные положения на сопроводительных чертежах, используются лишь в целях иллюстрации, и их не следует рассматривать в качестве ограничений настоящего изобретения. Специалист в данной области техники может понимать специфические значения приведенных выше терминов в зависимости от конкретных ситуаций.

Техническое решение по настоящему изобретению будет описано подробно далее на конкретных вариантах реализации в сочетании с сопроводительными чертежами.

Вариант реализации 1

Как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, микрофлюидный чип для сортировки живых клеток, согласно Варианту реализации 1, содержит область для образца, канал для потока образца, находящийся в сообщении с областью для образца, электромагнитный клапан для входящего газа, канал 1 для потока входящего газа, находящийся в сообщении с электромагнитным клапаном для входящего газа, отсек 5 для целевых клеток, канал 2 для целевого потока, находящийся в сообщении с отсеком 5 для целевых клеток, отсек 6 для нецелевых клеток, канал 3 для нецелевого потока, находящийся в сообщении с отсеком 6 для нецелевых клеток, и канал 4 для сортируемого потока, предназначенный для сортировки клеток. Канал для потока образца находится в сообщении с впускным концом для жидкости канала 4 для сортируемого потока, канал 2 для целевого потока и канал 3 для нецелевого потока находятся в сообщении с выпускным концом для жидкости канала 4 для сортируемого потока, а канал 1 для потока входящего газа находится в сообщении с каналом 4 для сортируемого потока и расположен на одном конце канала 4 для сортируемого потока вблизи его выпускного отверстия для жидкости. Канал 1 для потока входящего газа и канал 3 для нецелевого потока расположены с одной стороны канала 4 для сортируемого потока, а канал 2 для целевого потока расположен с другой стороны канала 4 для сортируемого потока. Прилежащий угол между каналом 2 для целевого потока и каналом 4 для сортируемого потока составляет 120°. Прилежащий угол между каналом 3 для нецелевого потока и каналом 4 для сортируемого потока составляет 128°. Ось канала 1 для потока входящего газа перпендикулярна оси канала 4 для сортируемого потока. Расстояние d между точкой пересечения оси канала 1 для потока входящего газа с осью канала 4 для сортируемого потока и точкой пересечения канала 4 для сортируемого потока, канала 2 для целевого потока и канала 3 для нецелевого потока составляет 0,05 мм. Область сортировки расположена на конце канала 4 для сортируемого потока, который пересекается с каналом 2 для целевого потока, каналом 3 для нецелевого потока и каналом 1 для потока входящего газа.

Принцип или способ работы данного варианта реализации: во время функционирования микрофлюидного чипа целевые клетки и нецелевые клетки в области образца попадают в канал для потока образца с потоком суспензии клеток, а также размещаются по отдельности и линейно в канале для потока образца. По мере дальнейшего непрерывного протекания суспензии клеток, целевые клетки и нецелевые клетки проходят по каналу 4 для сортируемого потока, после чего попадают в область сортировки. Устройство для идентификации целевых клеток идентифицирует клетки, попадающие в канал 4 для сортируемого потока. Когда клетка идентифицирована как целевая клетка, электромагнитный клапан для входящего газа активируется для закачки газа в канал 1 для потока входящего газа. Когда целевая клетка проходит в область сортировки на хвостовом конце канала 4 для сортируемого потока, газ в канале 1 для потока входящего газа может просто пройти в область сортировки и вдуть целевую клетку в канал 2 для целевого потока. Когда клетка идентифицирована как нецелевая клетка, электромагнитный клапан для входящего газа не вдувает газ в канал 1 для потока входящего газа, а после прохождения нецелевой клетки в область сортировки на хвостовом конце канала 4 для сортируемого потока, она продолжает протекать в канал 3 для нецелевого потока с суспензией клеток.

Чип для сортировки клеток, используемый в контрольных группах, является микрофлюидным чипом для одновременного выявления множества сигналов флуоресценции в клетках, известным из уровня техники, а микрофлюидный чип, используемый в текущем применении, является микрофлюидным чипом, согласно настоящему решению. Как можно увидеть из сравнения контрольной группы 1 и контрольной группы 2 с текущим применением 1 и текущим применением 2, в случае одинакового типа целевых клеток, одинакового давления входящего газа и скорости потока клеток, точность сортировки клеток в текущем применении является намного выше, чем в контрольных группах. Исходя из сравнения контрольной группы 1 с контрольной группой 2, если скорость потока клеток является одинаковой, то чем выше давление входящего газа, тем выше точность сортировки клеток. Однако, как можно увидеть из сравнения контрольной группы 1 и контрольной группы 2 с текущим применением 1 и текущим применением 2, когда давление в двух группах в равной степени снижено, то колебание точности сортировки клеток в контрольной группе выше, чем в текущем применении. Как можно увидеть из представленных выше экспериментальных данных, после увеличения области сортировки клеток и регулировки прилежащего угла между каналом для целевого потока и каналом для сортируемого потока, точность сортировки клеток может быть значительно повышена; а при использовании более низкого давления газа для отклонения целевых клеток, колебание давления газа слабо влияет на точность сортировки клеток, а эффективность сортировки клеток по-прежнему сохраняется.

Полезные эффекты данного варианта реализации: область сортировки клеток в настоящем решении расширена для того, чтобы продлить время пребывания целевых клеток в области сортировки клеток, чем обеспечиваются более подходящие возможности закачки газа, что предотвращает попадание целевых клеток в отсек для нецелевых клеток ввиду медленной закачки газа и повышает точность сортировки клеток. Более того, при отклонении клеток, целевые клетки могут проходить в канал для целевого потока за счет использования газа под более низким давлением. Чем ниже давление газа, тем меньше повреждений целевых клеток обуславливается потоком газа и тем выше активность целевых клеток, которая может быть получена.

Вариант реализации 2

В микрофлюидном чипе для сортировки живых клеток, согласно Варианту реализации 2, как показано на ФИГ. 1 - ФИГ. 3, конструкции канала 4 для сортируемого потока и область сортировки имеют дополнительные ограничения по сравнению с Вариантом реализации 1.

В частности, канал 4 для сортируемого потока имеет первый канал 401 для потока и второй канал 402 для потока. Диаметр первого канала 401 для потока составляет 0,1 мм. Диаметр второго канала 402 для потока составляет 0,2 мм. Первый канал 401 для потока находится в сообщении с каналом для потока образца, а второй канал 402 для потока находится в сообщении с каналом 2 для целевого потока, каналом 3 для нецелевого потока и каналом 1 для потока входящего газа.

В частности, конец второго канала 402 для потока, соединенный с первым каналом 401 для потока, является коническим.

В частности, между вторым каналом 402 для потока, каналом 1 для потока входящего газа, каналом 3 для нецелевого потока и каналом 2 для целевого потока выполнены дугообразные фаски. Дугообразная фаска между вторым каналом 402 для потока и каналом 1 для потока входящего газа является первой фаской 7. Фаска между каналом 1 для потока входящего газа и каналом 3 для нецелевого потока является второй фаской 8. Фаска между каналом 3 для нецелевого потока и каналом 2 для целевого потока является третьей фаской 9. Фаска между каналом 2 для целевого потока и вторым каналом 402 для потока является четвертой фаской 10. Радиус первой фаски 7 составляет 0,1 мм. Радиус второй фаски 8 составляет 0,1 мм. Радиус третьей фаски 9 составляет 0,15 мм. Радиус четвертой фаски 10 составляет 0,2 мм.

Полезные эффекты данного варианта реализации: диаметр второго канала 402 для потока больше, чем диаметр первого канала 401 для потока, так что скорость движения клеток во втором канале 402 для потока может быть снижена, а также может быть предотвращено прохождение потока газа в канале 1 для потока входящего газа в первый канал 401 для потока. Когда часть потока газа проходит в направлении первого канала 401 для потока, эта часть потока газа не может быстро проходить через концы соединения второго канала 402 для потока и первого канала 401 для потока, что может предотвращать обратный отток этой части потока газа и воздействие на клетки, приводящее к их повреждению. Соединение между первым каналом 401 для потока и вторым каналом 402 для потока является коническим, так что раствор образца в первом канале 401 для потока может плавно попадать и заполнять собой второй канал 402 для потока. В точках пересечения на боковых стенках, где пересекаются второй канал 402 для потока, канал 1 для потока входящего газа, канал 3 для нецелевого потока и канал 2 для целевого потока, выполнены дугообразные фаски, при этом формы дугообразных фасок совпадают с параболической траекторией движения клетки, что обеспечивает возможность направления клетки, протекающей в область сортировки, упрощая протекание нецелевых клеток в канал 3 для нецелевого потока и протекание целевых клеток в канал 2 для целевого потока.

Вариант реализации 3

В микрофлюидном чипе для сортировки живых клеток, согласно Варианту реализации 3, как показано на ФИГ. 1 - ФИГ. 3, конструкции канала для потока образца, канала 2 для целевого потока и канала 3 для нецелевого потока имеют дополнительные ограничения по сравнению с Вариантом реализации 1 и Вариантом реализации 2.

В частности, канал для потока образца имеет канал 11 для потока клеток и каналы 12 для потока капсульной среды, а область образца содержит область 13 смешанных клеток и область 14 капсульной среды. Канал 11 для потока клеток находится в сообщении с областью 13 смешанных клеток, а каналы 12 для потока капсульной среды находятся в сообщении с областью 14 капсульной среды. Каналы 12 для потока капсульной среды и канал 11 для потока клеток пересекаются на впускном конце для жидкости канала 4 для сортируемого потока. Предусмотрено два канала 12 для потока капсульной среды. Два канала 12 для потока капсульной среды расположены, соответственно, с двух противоположных сторон канала 11 для потока клеток и симметрично вокруг оси канала 11 для потока клеток. Диаметр канала 12 для потока капсульной среды равняется диаметру канала 11 для потока клеток, а диаметр канала 3 для нецелевого потока вдвое больше диаметра канала 2 для целевого потока.

В частности, длина канала 2 для целевого потока составляет 4 мм. Прилежащий угол между каналом 12 для потока капсульной среды и каналом 11 для потока клеток составляет 25°. Каждый канал 12 для потока капсульной среды имеет змеевидную секцию сопротивления потоку (не изображена) для снижения скорости потока капсульной среды в канале 12 для потока капсульной среды.

Полезные эффекты данного варианта реализации: диаметр канала 12 для потока капсульной среды равняется диаметру канала 11 для потока клеток, а диаметр канала 3 для нецелевого потока вдвое больше диаметра канала 2 для целевого потока, так что соотношение суспензии клеток, попадающей в канал 4 для сортируемого потока, к капсульным средам с двух сторон составляет 1:1:1. Когда жидкость в канале 4 для сортируемого потока не подвергается внешним воздействиям, капсульная среда на стороне, которая ближе к каналу 2 для целевого потока, протекает в канал 2 для целевого потока, а суспензия клеток и капсульная среда на другой стороне протекают в канал 3 для нецелевого потока, чем обеспечивается автоматическая регулировка направления нецелевых клеток в канал 3 для нецелевого потока. Когда длина канала 2 для целевого потока составляет 4 мм, то тяга газа, воздействующая на целевую клетку, может обеспечивать плавное прохождение целевой клетки по каналу 2 для целевого потока и ее попадание в отсек 5 для целевых клеток. По мере увеличения прилежащего угла между каналом 12 для потока капсульной среды и каналом 11 для потока клеток усиливается воздействие потока капсульной среды на поток суспензии клеток после схождения капсульной среды с суспензией клеток, что воздействует на клетки в потоке суспензии клеток. Результаты экспериментов показывают, что когда прилежащий угол между каналом 12 для потока капсульной среды и каналом 11 для потока клеток составляет 25°, капсульная среда может плавно смешиваться с суспензией клеток. Сопротивление потоку обеспечивается змеевидной секцией. После прохождения капсульной среды по змеевидному каналу 12 для потока капсульной среды, кинетическая энергия капсульной среды и скорость потока капсульной среды снижаются, что снижает скорость потока раствора образца, попадающего в первый канал 401 для потока и скорость движения клеток.

Следует понимать, что представленные выше варианты реализации настоящего изобретения являются лишь примерами, предназначенными для ясного описания настоящего изобретения, а не ограничениями вариантов реализации настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники смогут реализовать другие вариации или модификации в различных формах, основываясь на приведенном выше описании. Нет необходимости в приведении исчерпывающего описания всех вариантов реализации в настоящем документе. Любая модификация, эквивалентная замена или улучшение, осуществленное в рамках сущности и замысла настоящего изобретения, является частью объема защиты, обеспечиваемого формулой настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к микрофлюидному чипу для сортировки живых клеток. В микрофлюидном чипе канал для потока образца находится в сообщении с впускным отверстием для жидкости в канале для сортируемого потока. Канал для потока входящего газа, канал для целевого потока и канал для нецелевого потока находятся в сообщении с выпускным концом для жидкости канала для сортируемого потока. Прилежащий угол между каналом для целевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 130°, а прилежащий угол между каналом для нецелевого потока и каналом для сортируемого потока составляет от 100° до 140°. Расстояние между точкой пересечения оси канала для потока входящего газа с осью канала для сортируемого потока и точкой пересечения канала для сортируемого потока, канала для целевого потока и канала для нецелевого потока составляет от 0,02 мм до 0,05 мм. Компоновка и расположение каналов в микрофлюидном чипе обеспечивает увеличение площади области сортировки для продления времени пребывания клеток в области сортировки клеток, так что поток газа может точно вдувать целевые клетки в канал для целевого потока, тем самым повышая точность сортировки клеток. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 3 пр.

1. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток, отличающийся тем, что он содержит область для образца, канал для потока образца, находящийся в сообщении с областью для образца, электромагнитный клапан для входящего газа, канал (1) для потока входящего газа, находящийся в сообщении с электромагнитным клапаном для входящего газа, отсек (5) для целевых клеток, канал (2) для целевого потока, находящийся в сообщении с отсеком (5) для целевых клеток, отсек (6) для нецелевых клеток, канал (3) для нецелевого потока, находящийся в сообщении с отсеком (6) для нецелевых клеток, и канал (4) для сортируемого потока;

канал для потока образца находится в сообщении с впускным концом для жидкости канала (4) для сортируемого потока, канал (2) для целевого потока и канал (3) для нецелевого потока находятся в сообщении с выпускным концом для жидкости канала (4) для сортируемого потока, а канал (1) для потока входящего газа находится в сообщении с каналом (4) для сортируемого потока вблизи выпускного конца для жидкости канала (4) для сортируемого потока, при этом канал (2) для целевого потока расположен с одной стороны канала (4) для сортируемого потока, а канал (1) для потока входящего газа и канал (3) для нецелевого потока расположены с другой стороны канала (4) для сортируемого потока, прилежащий угол между каналом (2) для целевого потока и каналом (4) для сортируемого потока составляет от 100° до 130°, прилежащий угол между каналом (3) для нецелевого потока и каналом (4) для сортируемого потока составляет от 100° до 140°, ось канала (1) для потока входящего газа перпендикулярна оси канала (4) для сортируемого потока; и расстояние между точкой пересечения оси канала (1) для потока входящего газа с осью канала (4) для сортируемого потока и точкой пересечения канала (4) для сортируемого потока, канала (2) для целевого потока и канала (3) для нецелевого потока составляет от 0,02 мм до 0,05 мм.

2. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 1, отличающийся тем, что канал (4) для сортируемого потока состоит из первого канала (401) для потока и второго канала (402) для потока, причем диаметр первого канала (401) для потока составляет от 0,1 мм до 0,12 мм, а диаметр второго канала (402) для потока составляет от 0,18 мм до 0,2 мм, при этом первый канал (401) для потока имеет один конец, находящийся в сообщении с каналом для потока образца, и другой конец, находящийся в сообщении с одним концом второго канала (402) для потока, а другой конец второго канала (402) для потока находится в сообщении с каналом (2) для целевого потока, каналом (3) для нецелевого потока и каналом (1) для потока входящего газа.

3. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 2, отличающийся тем, что конец второго канала (402) для потока, соединенный с первым каналом (401) для потока, является коническим.

4. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 2, отличающийся тем, что между вторым каналом (402) для потока и каналом (1) для потока входящего газа, каналом (1) для потока входящего газа и каналом (3) для нецелевого потока, каналом (3) для нецелевого потока и каналом (2) для целевого потока и каналом (2) для целевого потока и вторым каналом (402) для потока соответственно выполнены дугообразные фаски; причем дугообразная фаска между вторым каналом (402) для потока и каналом (1) для потока входящего газа является первой фаской (7); дугообразная фаска между каналом (1) для потока входящего газа и каналом (3) для нецелевого потока является второй фаской (8); дугообразная фаска между каналом (3) для нецелевого потока и каналом (2) для целевого потока является третьей фаской (9); а дугообразная фаска между каналом (2) для целевого потока и вторым каналом (402) для потока является четвертой фаской (10).

5. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 4, отличающийся тем, что радиус первой фаски (7) составляет от 0,08 мм до 0,1 мм; радиус второй фаски (8) составляет от 0,08 мм до 0,1 мм; радиус третьей фаски (9) составляет от 0,12 мм до 0,15 м; а радиус четвертой фаски (10) составляет от 0,18 мм до 0,2 мм.

6. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 1, отличающийся тем, что канал для потока образца содержит канал (11) для потока клеток и каналы (12) для потока капсульной среды, а область образца содержит область (13) смешанных клеток и область (14) капсульной среды; канал (11) для потока клеток находится в сообщении с областью (13) смешанных клеток, а каналы (12) для потока капсульной среды находятся в сообщении с областью (14) капсульной среды; при этом каналы (12) для потока капсульной среды и канал (11) для потока клеток пересекаются на впускном конце для жидкости канала (4) для сортируемого потока.

7. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 6, отличающийся тем, что предусмотрено два канала (12) для потока капсульной среды; при этом два канала (12) для потока капсульной среды расположены, соответственно, по обе стороны канала (11) для потока клеток противоположно друг другу и симметрично вокруг оси канала (11) для потока клеток; при этом диаметр канала (12) для потока капсульной среды равен диаметру канала (11) для потока клеток, а диаметр канала (3) для нецелевого потока вдвое больше диаметра канала (2) для целевого потока.

8. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 7, отличающийся тем, что длина канала (2) для целевого потока составляет не более 5 мм.

9. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 7, отличающийся тем, что прилежащий угол между каналом (12) для потока капсульной среды и каналом (11) для потока клеток составляет от 25° до 35°.

10. Микрофлюидный чип для сортировки живых клеток по п. 9, отличающийся тем, что каждый канал (12) для потока капсульной среды имеет змеевидную секцию сопротивления потоку для снижения скорости потока капсульной среды в канале (12) для потока капсульной среды.