一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法与流程 专利技术说明

分离筛选设备的制造及其应用技术1.本发明涉及光镊微颗粒分选技术领域，尤其是一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法。背景技术：2.拉曼光谱是分析物质化学结构的重要技术，能够提供无标记、非侵入的原位细胞识别方法，能够用于微生物单细胞的物种鉴定与代谢研究；微生物单细胞拉曼图谱，可以作为菌种识别的“化学指纹”，蕴含着该微生物在特定生理状态下丰富的生化信息。相较于荧光标记等其他微生物识别方法，拉曼光谱具有非标记、非侵入性、非破坏性、实时、快速等优势，能够在真正意义上实现微生物单细胞的原位分析。3.由于拉曼光谱信号十分微弱的固有特性，所以测量需要长时间的激发采集，而对液态或者气态的单个悬浮粒子是无法原位测量的。为了克服现有技术的不足，提供了一种通过光镊捕获固定粒子，再用拉曼进行测量的技术手段。4.但上述技术方式存在以下缺陷：5.①很难同时分选、捕获多个单细胞粒子，仅适合单个粒子捕获后的研究分析；6.②在连续流中精确操纵单细胞的能力是任何有效和高效的细胞分选方法的核心；在微观尺度上，外界环节的压力波动、阀门驱动或是环境振动引起的干扰，时常引发光镊捕获的不稳定性；且这些影响在低流量条件下变得非常重要，这也是连续racs必须克服的必要条件。技术实现要素：7.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法，分选芯片采用h型结构设计，模拟电路电流运行规律的建模分析，用叠加的h型结构，得以满足粒子分选流动的稳定性以及多种粒子的同时分选，该分选芯片结构简单，工作效果科学可靠。8.一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法，其中：9.一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片，包括：分选芯片本体，以及设置在分选芯片本体上的样品流入端、废液端、纯水端、收集端；所述样品流入端和废液端通过第一组三通管道的水平通路连通，其上通管道向上设置；所述纯水端和收集端通过第二组三通管道的水平通路连通，其下通管道向下设置，并与所述第一组三通管道的上通管道上、下连通，形成单组h型结构通道；10.所述纯水端和所述收集端的数量可以为多组，所述纯水端和所述收集端的数量彼此一一对应；通过多组四通管道，设置在所述第一组三通管道和所述第二组三通管道之间，每组四通管道的上、下中通管道，彼此上下连通，以此类推，并与所述第一组三通管道上通管道和所述第二组三通管道的下通管道连通，形成多组h型结构通道；11.参考电子电路设计领域，多通道的电流流出的时候，只有保证两侧电阻相同，才能保证两侧分电压下输出的电流相同，而在实际中存在阻值扰动量的情况下，很难保证电阻rc＝rw,若因扰动造成电阻rc和电阻rw不同，就会出现电流偏大或全部的流向一端的极端情况；12.如果采用h型电路结构设计之后，设扰动为ε，则需要满足rc+ε》rw+rd或者rw+ε》rs+rd时，才会出现电流偏大或全部的流向rc或rw一端的极端情况，通过h型电路加装中间稳定电阻rd的结构设计，大大提高了两侧输出电流保持同量的工作稳定性；13.同理，经大量实验验证，分选芯片的管道设计，可以通过管道的宽度尺寸参数模拟电阻阻值，进行h型结构通道设计；14.所述第一组三通管道的水平通路宽度是所述第二组三通管道的水平通路宽度的三倍；所述第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的宽度相同，并与第二组三通管道的水平通路宽度相同；所述第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的长度相同，二者长度的值相加之和与其各自宽度相同；15.作为一种举例说明，所述每组四通管道的水平通路宽度与第二组三通管道的水平通路宽度相同；16.作为一种举例说明，所述每组四通管道的上、下中通管道，长度与宽度与所述第二组三通管道的水平通路的下通管道一致；17.一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片的分选方法，包括：18.步骤一、样品从样品流入端流入，在第一组三通管道的水平通路的上通管道正下方处进行捕获和拉曼分析；19.步骤二、经过分析判断属于何种微粒后，光镍进行捕获分选至第二组三通管道的水平通路的下通管道正上方处进行释放；20.步骤三、释放后的粒子随着纯水端的水流，流入收集端进行收集；未捕获的粒子流入废液端；21.步骤四、释放完毕后，此时光镍焦点再次返回第一组三通管道的水平通路的上通管道正下方处，循环进行下一次光镍-拉曼分选，重复步骤一至步骤三操作；22.作为一种举例说明，当涉及多种粒子的同时分选时，可以通过多组四通管道，设置在所述第一组三通管道和所述第二组三通管道之间，每组四通管道的上、下中通管道，彼此上下连通，以此类推，并与所述第一组三通管道上通管道和所述第二组三通管道的下通管道连通，形成多组h型结构通道；通过多个纯水端、收集端，实现多种粒子的同时分选。23.本发明的有益效果：24.1、本发明分选芯片采用h型分压式结构设计，结合光镍分选技术，通过模拟电路电流运行规律的建模分析，调整h型分压式结构的管道尺寸，满足了分选时，粒子流动的稳定性，降低了外界环境对分选时造成的波动影响；25.2、通过采用叠加的h型结构，得以满足多种粒子的同时分选，该分选芯片结构简单，工作效果科学、可靠；26.3、本发明可解决多种粒子同时进行分选的难题，且不受粒子种类数量的限制。附图说明27.图1是本发明一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片之单h型结构原理示意图。28.图2是本发明一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片之多组h型结构示意图29.图3是本发明一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片之参考电路分析结构示意图。30.图4是本发明一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片之优选实施例尺寸标注图。具体实施方式31.下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。32.参照图1至图4所示，一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法，其中：33.一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片，包括：分选芯片本体，以及设置在分选芯片本体上的样品流入端1、废液端2、纯水端3、收集端4；所述样品流入端1和废液端2通过第一组三通管道的水平通路连通，其上通管道向上设置；所述纯水端3和收集端4通过第二组三通管道的水平通路连通，其下通管道向下设置，并与所述第一组三通管道的上通管道上、下连通，形成单组h型结构通道；详见图1所示。34.所述纯水端和所述收集端的数量可以为多组，所述纯水端和所述收集端的数量彼此一一对应；通过多组四通管道，设置在所述第一组三通管道和所述第二组三通管道之间，每组四通管道的上、下中通管道，彼此上、下连通，以此类推，并与所述第一组三通管道上通管道和所述第二组三通管道的下通管道连通，形成多组h型结构通道；详见图2所示。35.参考图3所示，电子电路设计领域，多通道的电流流出的时候，只有保证两侧电阻相同，才能保证两侧分电压下输出的电流相同，而在实际中存在阻值扰动量的情况下，很难保证电阻rc＝rw,若因扰动造成电阻rc和电阻rw不同，就会出现电流偏大或全部的流向一端的极端情况；36.如果采用h型电路结构设计之后，设扰动为ε，则需要满足rc+ε》rw+rd或者rw+ε》rs+rd时，才会出现电流偏大或全部的流向rc或rw一端的极端情况，通过h型电路加装中间稳定电阻rd的结构设计，大大提高了两侧输出电流保持同量的工作稳定性；37.同理，经大量实验验证，分选芯片的管道设计，可以通过管道的宽度尺寸参数模拟电阻阻值，进行h型结构通道设计；38.所述第一组三通管道的水平通路宽度是所述第二组三通管道的水平通路宽度的三倍；所述第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的宽度相同，并与第二组三通管道的水平通路宽度相同；所述第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的长度相同，二者长度的值相加之和与其各自宽度相同；39.作为一种举例说明，所述每组四通管道的水平通路宽度与第二组三通管道的水平通路宽度相同；40.作为一种举例说明，所述每组四通管道的上、下中通管道，其长度与宽度与所述第二组三通管道的水平通路的下通管道一致；41.作为一种举例说明，所述第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的长度相同，二者长度的值相加之和大于其各自宽度值；42.一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片的分选方法，包括：43.步骤一、样品从样品流入端1流入，在第一组三通管道的水平通路的上通管道正下方s处进行捕获和拉曼分析；44.步骤二、经过分析判断属于何种微粒后，光镍进行捕获分选至第二组三通管道的水平通路的下通管道正上方m处进行释放；45.作为一种举例说明，当纯水端和收集端的数量为多组时，参照图3所示，会存在多个释放处m(m1、m2....mn)，用以满足多种粒子的同时分选，可在不同的释放处，释放不同的分选粒子；46.步骤三、释放后的粒子随着纯水端的水流，流入收集端进行收集；未捕获的粒子流入废液端；47.步骤四、释放完毕后，此时光镍焦点再次返回第一组三通管道的水平通路的上通管道正下方s处，循环进行下一次光镍-拉曼分选，重复步骤一至步骤三操作；48.作为一种举例说明，当涉及多种粒子的同时分选时，可以通过多组四通管道，设置在所述第一组三通管道和所述第二组三通管道之间，每组四通管道的上、下中通管道，彼此上下连通，以此类推，并与所述第一组三通管道上通管道和所述第二组三通管道的下通管道连通，形成多组h型结构通道；通过多个纯水端、收集端，实现多种粒子的同时分选。49.为了更好的说明本发明的设计理念，现通过优选实施例进行具体设计参数尺寸的举例说明：50.实施例1：参照图4所示。51.端口1是样品流入端，端口2是废液端，端口3是纯水或者培养液，端口4是收集端；1、2端的宽度是150μm,3、4处端的宽度是50μm,连接两个管道的连接部分是长50μm,宽30μm。样品从1处流入，在s处进行捕获和拉曼分析，经分析判断是哪种微粒后，光镊进行捕获分选至m处进行释放，光镊焦点再返回s处，进行下一次光镊-拉曼分选。本实施例采用第一组三通管道的水平通路的上通管道与第二组三通管道的水平通路的下通管道的长度相同，二者长度的值相加之和大于其各自宽度；使用的是各自宽度值为0.03mm，而非与二者长度的值相加之和0.050mm相同的结构，实验验证，二者长度的值相加之和大于其各自宽度，会使得流阻更大，抗干扰能力更强。52.本发明分选芯片采用h型分压式结构设计，结合光镍分选技术，通过模拟电路电流运行规律的建模分析，调整h型分压式结构的管道尺寸，满足了分选时，粒子流动的稳定性，降低了外界环境对分选时造成的波动影响；通过采用叠加的h型结构，得以满足多种粒子的同时分选，该分选芯片结构简单，工作效果科学、可靠；本发明可解决多种粒子同时进行分选的难题，且不受粒子种类数量的限制。53.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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