技术领域
[0001] 本实用新型
实施例属于
生物医学技术领域，尤其涉及一种血液分离预处理芯片及血液分离装置。
背景技术
[0002] 在癌症病人的
治疗过程中，治疗效果的好坏可以通过血液中的各种标志物分子(如蛋白、miRNA(MicroRNA，非编码单链RNA分子))的反应结果来衡量。通常，是利用血液检测仪对癌症病人的
血液样本进行检测，可以实现对癌症病人的无损伤检测，实时监测病人的病情，为医生及时调整合理的
治疗方案提供重要依据，为精准的医疗检测提供坚实的
基础。
[0003] 然而，血液中除了蛋白、miRNA等生物分子还含有大量不同尺寸的细胞。为了提高生物分子的检测灵敏度和可靠性，需要将血清从血液中分离出来。传统的血清分离方法是把血液样本先冷置一段时间，然后用离心机对血液样本进行分离。这种血清分离方法需要耗费大量血液且耗时较长，严重降低了血液样本的检测效率。实用新型内容
[0004] 本实用新型实施例提供一种血液分离预处理芯片及血液分离装置，能够对极少量的血液样本进行快速分离，提高血液样本的检测效率。
[0005] 本实用新型实施例一方面提供一种血液分离预处理芯片，其包括沿血液流向依次排列的至少一个微柱阵列，每个所述微柱阵列的柱间距均不相同，所述至少一个微柱阵列的柱间距按照所述至少一个微柱阵列的排列顺序依次减小，所述至少一个微柱阵列至少包括红细胞截留微柱阵列；
[0006] 所述红细胞截留微柱阵列对所述血液中的红细胞进行截留，以过滤所述血液中的红细胞；
[0007] 血液从所述血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过所述至少一个微柱阵列的截留和过滤，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的
血浆从所述血液分离预处理芯片的出口流出。
[0008] 在一个实施例中，所述至少一个微柱阵列包括沿血液流向依次排列的
肿瘤细胞截留微柱阵列、单核细胞截留微柱阵列、白细胞截留微柱阵列和所述红细胞截留微柱阵列；
[0009] 所述肿瘤细胞截留微柱阵列对所述血液中的肿瘤细胞进行截留，以过滤所述血液中的肿瘤细胞；所述单核细胞截留微柱阵列对所述血液中的单核细胞进行截留，以过滤所述血液中的单核细胞；所述白细胞截留微柱阵列对所述血液中的白细胞进行截留，以过滤所述血液中的白细胞；
[0010] 所述血液从所述血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过所述肿瘤细胞截留微柱阵列、所述单核细胞截留微柱阵列、所述白细胞截留微柱阵列和所述红细胞截留微柱阵列，对所述血液中的肿瘤细胞、单核细胞、白细胞和红细胞进行截留并过滤后，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆从血液分离预处理芯片的出口流出。
[0011] 在一个实施例中，所述微柱阵列包括沿血液流向依次排列的多排微柱，任意相邻的两排所述微柱均错位排列。
[0012] 在一个实施例中，所述肿瘤细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于所述肿瘤细胞的直径且大于所述血液中的单核细胞、白细胞、红细胞和血小板的直径。
[0013] 在一个实施例中，所述单核细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于所述单核细胞的直径且大于所述血液中的白细胞、红细胞和血小板的直径。
[0014] 在一个实施例中，所述白细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于所述白细胞的直径且大于所述血液中的红细胞和血小板的直径。
[0015] 在一个实施例中，所述红细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于所述红细胞的直径且大于所述血液中的血小板的直径。
[0016] 在一个实施例中，所述微柱阵列为圆柱阵列、椭圆柱阵列或多边形柱体阵列中的任一种。
[0017] 本实用新型实施例另一方面还提供一种血液分离装置，其包括上述的血液分离预处理芯片，还包括微流控芯片，所述微流控芯片上设置有与所述血液分离预处理芯片的出口连接的微流道；
[0018] 所述微流道包括周期性排列的多个微流道单元，所述多个微流道单元依次首尾连接；
[0019] 所述微流道单元包括第一半环形微流道和第二半环形微流道，所述第一半环形微流道出口和所述第二半环形微流道的入口无缝对接；
[0020] 血液流经所述血液分离预处理芯片被预处理之后，流入所述微流控芯片上的所述微流道，所述微流道对所述预处理之后的血液进行惯性聚焦处理，得到高纯度的血浆。
[0021] 在一个实施例中，所述第一半环形微流道的外径与内径之差等于所述第一半环形微流道上任一处的环切直径，所述第二半环形微流道的外径与内径之差小于所述第二半环形微流道的最大环切直径，所述第一半环形微流道的外径小于所述第二半环形微流道的内径。
[0022] 本实用新型实施例通过沿血液流向依次设置包括用于截留并过滤红细胞的红细胞截留微柱阵列的至少一个微柱阵列，并使每个微柱阵列的柱间距均不相同，使至少一个微柱阵列的柱间距按照至少一个微柱阵列的排列顺序依次减小，使血液从所述血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过所述至少一个微柱阵列的截留和过滤，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆从血液分离预处理芯片的出口流出，可以实现对极少量的血液样本的快速分离，提高血液样本的检测效率。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是本实用新型的一个实施例提供的血液分离预处理芯片的立体结构示意图；
[0025] 图2是本实用新型的一个实施例提供的血液分离预处理芯片的俯视图；
[0026] 图3是本实用新型的一个实施例提供的血液分离装置的结构示意图；
[0027] 图4是本实用新型的一个实施例提供的微流道芯片的主视图。
具体实施方式
[0028] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0029] 本实用新型的
说明书和
权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何
变形，意图在于
覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
[0030] 如图1所示，本实用新型的一个实施例提供一种血液分离预处理芯片10，其包括沿血液流向依次排列的四个微柱阵列，四个微柱阵列分别为肿瘤细胞截留微柱阵列1、单核细胞截留微柱阵列2、白细胞截留微柱阵列3和红细胞截留微柱阵列4；每个微柱阵列的柱间距均不相同，并且四个微柱阵列的柱间距按照微柱阵列的排列顺序依次减小，即肿瘤细胞截留微柱阵列1的柱间距＞单核细胞截留微柱阵列2的柱间距＞白细胞截留微柱阵列3的柱间距＞红细胞截留微柱阵列4的柱间距。
[0031] 在本实施例中，柱间距具体是指任一微柱阵列中，与血液流向垂直的方向上的任意相邻的两个微柱之间的空隙的宽度，本实施例中的柱间距具体是指横向柱间距。
[0032] 在具体应用中，任一微柱阵列中，与血液流向平行的方向上的任意相邻的两个微柱之间的空隙的宽度(即纵向柱间距)可以根据实际需要设定，纵向柱间距可以等于横向柱间距。
[0033] 在具体应用中，微柱阵列可以为圆柱阵列、椭圆柱阵列或多边形柱体阵列中的任一种。图1中仅示例性的示出微柱阵列为圆柱阵列的情况。
[0034] 本实施例所提供的血液分离预处理芯片的工作原理为：
[0035] 肿瘤细胞截留微柱阵列对血液中的肿瘤细胞进行截留，以过滤血液中的肿瘤细胞；单核细胞截留微柱阵列对血液中的单核细胞进行截留，以过滤血液中的单核细胞；白细胞截留微柱阵列对血液中的白细胞进行截留，以过滤血液中的白细胞；红细胞截留微柱阵列对血液中的红细胞进行截留，以过滤血液中的红细胞；
[0036] 血液从血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过肿瘤细胞截留微柱阵列、单核细胞截留微柱阵列、白细胞截留微柱阵列和红细胞截留微柱阵列，对血液中的肿瘤细胞、单核细胞、白细胞和红细胞进行截留并过滤后，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆从血液分离预处理芯片的出口流出。
[0037] 在一个实施例中，血液分离预处理芯片包括至少一个微柱阵列且这至少一个微柱阵列中至少包括用于截留并过滤红细胞的红细胞截留微柱阵列，血液从所述血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过至少一个微柱阵列的截留和过滤，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆从血液分离预处理芯片的出口流出。
[0038] 由于红细胞是血液中尺寸最小的细胞，因此，设定血液分离预处理芯片至少包括红细胞截留微柱阵列，可以对血液中的所有细胞进行截留和过滤，以得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆。
[0039] 在本实施例中，过滤后的血浆中之所以还含有低于预设量的红细胞是因为红细胞是扁平状的，由于制作工艺的限制，柱间距没法做到小于所有红细胞的尺寸，因此会有部分红细胞无法被有效截留。在柱间距的可控范围内，预设量的多少具体可以由微柱阵列的数量和柱间距来决定，柱间距越小，预设量越小。
[0040] 在具体应用中，血液分离预处理芯片所包括的微柱阵列的数量及种类可以根据实际需要进行设置。例如，只需要截留和过滤肿瘤细胞，则可以只设定肿瘤细胞截留微柱阵列；只需要截留和过滤单核细胞，则可以只设定单核细胞截留微柱阵列。同一种类型的微柱阵列也可以同时设置多个，以加强截留过滤效果。
[0041] 本实用新型通过沿血液流向依次设置包括用于截留并过滤红细胞的红细胞截留微柱阵列的至少一个微柱阵列，并使每个微柱阵列的柱间距均不相同，使至少一个微柱阵列的柱间距按照至少一个微柱阵列的排列顺序依次减小，使血液从所述血液分离预处理芯片的入口流入，依次经过所述至少一个微柱阵列的截留和过滤，得到含有低于预设量的红细胞和血小板的血浆从血液分离预处理芯片的出口流出，可以实现对极少量的血液样本的快速分离，提高血液样本的检测效率。
[0042] 如图2所示，本实施例示例性的示出了血液分离预处理芯片10中各微柱的尺寸结构。在本实施例中，四个微柱阵列均包括沿血液流向依次排列的多排微柱，任意相邻的两排微柱均错位排列。
[0043] 在本实施例中，错位排列具体是指相邻的两排微柱并不是正对着设置，而是相互错开一定距离设置，使整个微柱阵列构成一个斜向阵列，斜向阵列的倾斜程度可以根据实际需要设定。通过使每个微柱阵列中相邻排的微柱错位排列，可以提高对血细胞的截留和过滤效果。
[0044] 在具体应用中，微柱阵列中的每排微柱也可以正对设置。只是若微柱阵列中的每排微柱都正对设置，形成一个矩形阵列，则血细胞很容易顺着没有遮挡的直线缝隙流出，从而降低对血细胞的截留和过滤效果。
[0045] 在具体应用中，为了实现较好的血细胞过滤效果，需要使每个微柱阵列的柱间距都小于其所需要截留和过滤的血细胞的直径。
[0046] 在一个实施例中，肿瘤细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于肿瘤细胞的直径且大于血液中的单核细胞、白细胞、红细胞和血小板的直径。
[0047] 在具体应用中，肿瘤细胞的直径通常为17μm～52μm，因此，肿瘤细胞截留微柱阵列的柱间距应当小于或等于17μm或略大于17μm，以实现对绝大部分肿瘤细胞的截留。例如，肿瘤细胞截留微柱阵列的柱间距可以在17μm～25μm范围内。
[0048] 如图2所示，在本实施例中，肿瘤细胞截留微柱阵列1的柱间距为20μm，肿瘤细胞截留微柱直径为20μm。
[0049] 在具体应用中，肿瘤细胞截留微柱阵列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根据实际需要设定，例如，高度可以大于52μm；当肿瘤细胞截留微柱阵列中的微柱宽度范围为10～30μm，例如，10μm、15μm、20μm、25μm或30μm；当微柱为圆柱时，微柱宽度是指圆柱的直径；当微柱为方柱时，微柱宽度是指方柱的方形边长。
[0050] 在一个实施例中，单核细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于单核细胞的直径且大于血液中的白细胞、红细胞和血小板的直径。
[0051] 在具体应用中，单核细胞的直径通常为15μm～25μm，因此，单核细胞截留微柱阵列的柱间距应当小于或等于15μm或略大于15μm，以实现对绝大部分单核细胞的截留。例如，单核细胞截留微柱阵列的柱间距可以在15μm～17μm范围内。
[0052] 如图2所示，在本实施例中，单核细胞截留微柱阵列1的柱间距为15μm，单核细胞截留微柱的直径为18μm。
[0053] 在具体应用中，单核细胞截留微柱阵列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根据实际需要设定，例如，高度可以大于25μm；当单核细胞截留微柱阵列中的微柱的宽度范围为10μm～30μm，例如，10μm、15μm、20μm、25μm或30μm；当微柱为圆柱时，微柱宽度是指圆柱的直径；当微柱为方柱时，微柱宽度是指方柱的方形边长。
[0054] 在一个实施例中，白细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于白细胞的直径且大于血液中的红细胞和血小板的直径。
[0055] 在具体应用中，白细胞的直径通常为7μm～10μm、12μm～20μm或14μm～20μm，因此，白细胞截留微柱阵列的柱间距应当小于或等于7μm或略大于7μm，以实现对绝大部分白细胞的截留。例如，白细胞截留微柱阵列的柱间距可以在7μm～14μm范围内。
[0056] 如图2所示，在本实施例中，白细胞截留微柱阵列1的柱间距为10μm，白细胞截留微柱的直径为12μm。
[0057] 在具体应用中，白细胞截留微柱阵列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根据实际需要设定，例如，高度可以大于20μm；白细胞截留微柱阵列中的微柱宽度范围为5μm～25μm，例如，5μm、10μm、15μm、20μm或25μm；当微柱为圆柱时，微柱宽度是指圆柱的直径；当微柱为方柱时，微柱宽度是指方柱的方形边长。
[0058] 在一个实施例中，红细胞截留微柱阵列的柱间距小于或等于红细胞的直径且大于血液中的血小板的直径。
[0059] 在具体应用中，红细胞的直径通常为6μm～8μm因此，红细胞截留微柱阵列的柱间距应当小于或等于6μm或略大于6μm，以实现对绝大部分红细胞的截留。例如，红细胞截留微柱阵列的柱间距可以在4μm～7μm范围内。
[0060] 如图2所示，在本实施例中，红细胞截留微柱阵列1的柱间距为5μm，红细胞截留微柱的直径为10μm。
[0061] 在具体应用中，红细胞截留微柱阵列中的各微柱的截面尺寸和高度可以根据实际需要设定，例如，高度可以大于8μm；红细胞截留微柱阵列中的微柱宽度范围为5μm～25μm，例如，例如，5μm、10μm、15μm、20μm或25μm；当微柱为圆柱时，微柱宽度是指圆柱的直径；当微柱为方柱时，微柱宽度是指方柱的方形边长。
[0062] 如图3所示，本实用新型的一个实施例还提供一种血液分离装置，其包括上述的血液分离预处理芯片10，还包括微流控芯片20，微流控芯片20上设置有与血液分离预处理芯片10的出口连接的微流道21以及与微流道的出口连接的血浆出口和血细胞出口。
[0063] 图3中实心箭头方向表示血液主流方向。
[0064] 微流道21包括周期性排列的多个微流道单元211(图3中虚线圈起来的部分即为一个微流道单元)，多个微流道单元211依次首尾连接。
[0065] 微流道单元211包括第一半环形微流道和第二半环形微流道，第一半环形微流道出口和第二半环形微流道的入口无缝对接。
[0066] 在具体应用中，微流道的尺寸可以根据实际需要进行设定。
[0067] 在一个实施例中，第一半环形微流道的外径与内径之差等于第一半环形微流道上任一处的环切直径，第二半环形微流道的外径与内径之差小于第二半环形微流道的最大环切直径，第一半环形微流道的外径小于第二半环形微流道的内径。
[0068] 本实施例所提供的血液分离装置的工作原理为：
[0069] 血液流经血液分离预处理芯片被预处理之后，通过微流控芯片的入口流入微流道，微流道对预处理之后的血液进行惯性聚焦处理，得到高纯度的血浆和血细胞，高纯度的血浆经血浆出口流出，血细胞经血细胞出口流出。
[0070] 在具体应用中，惯性聚焦处理具体是指：通过惯性聚焦来过滤血浆中残余的小尺寸细胞或颗粒，细胞等颗粒在微流道中流动时，除了受到主流驱动
力向前流动，还在垂直方向受到由
流体的速度梯度差导致的剪切力和闭合的通道壁带来的壁面升力(Wall Effect Lift Force)的影响，剪切力和壁面升力合成为
惯性力。在惯性力作用下，细胞将会在微流道内的固定
位置迁移，因此可用来分离血浆中的血小板和少量红细胞从而得到高纯度的血浆。
[0071] 如图4所示，本实施例中示例性的示出了微流道21的具体尺寸结构。图4中为了示意方便，仅示例性的示出两个周期的微流道单元。
[0072] 在本实施例中，第一半环形微流道的外径R1与内径R2之差等于第一半环形微流道上任一处的环切直径L1，即R1-R2＝L1；第二半环形微流道的外径R3与内径R4之差小于第二半环形微流道的最大环切直径L2，即R3-R4＜L2；第一半环形微流道的外径R1小于第二半环形微流道的内径R4，即R1＜R4；第一半环形微流道上任一处的环切直径L1小于第二半环形微流道的最大环切直径L2，即L1＜L2。
[0073] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
