双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置与方法

摘要

本发明公开了利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置与方法，该装置核心部分由上表面设有两个流道的流道基座、以及与流道基座底面相接触并分别位于两个流道下方用于交替产生双频驻波声场的第一压电陶瓷和第二压电陶瓷组成；第一流道的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第一出液口和第二出液口，第二流道的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第三出液口和第四出液口，且第一出液口与第四进液口之间平滑过渡连通；由于采用了级联的两级通道，结合双频驻波声场的交替作用，提高了声场分离的精密度及准确性，有效保证了细胞的活性，分离的细胞通量大、流动通畅、灵敏度高、可集成性强、分离效果好、分离效率高。

权利要求

1.一种双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：其核心部分由流道基座、第一压电陶瓷和第二压电陶瓷组成；所述流道基座上设置有配合第一压电陶瓷分离循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的第一流道和配合第二压电陶瓷分离循环肿瘤细胞微栓CTCs的第二流道，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均与流道基座的底面相接触，且所述第一压电陶瓷位于第一流道的下方，用于在第一流道中交替产生双频驻波声场，以分离循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs，所述第二压电陶瓷位于第二流道的下方，用于在第二流道中交替产生双频驻波声场，以分离循环肿瘤细胞微栓CTCs；

所述第一流道的进液端从中线向两侧分叉延伸出两个等宽的第一进液口和第二进液口，所述第一进液口用于以层流形式输入含有血细胞BC、循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的液体样品，所述第二进液口用于以层流形式输入不含细胞的第一溶液，该第一流道的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第一出液口和第二出液口，且所述第一出液口的宽度是第二出液口的宽度的两倍，所述第一出液口用于被分离的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs随第一溶液以层流形式流出，所述第二出液口用于被分离后的液体样品以层流形式流出；

所述第二流道的进液端从中线向两侧分叉延伸形成两个等宽的第三进液口和第四进液口，所述第三进液口用于以层流形式输入不含细胞的第二溶液，所述第四进液口用于被分离的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs随第一溶液以层流形式流入，该第二流道的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第三出液口和第四出液口，且所述第三出液口的宽度是第四出液口的宽度的两倍，所述第三出液口用于被分离的循环肿瘤细胞微栓CTCs随第二溶液以层流形式流出，所述第四出液口用于被分离的循环肿瘤细胞CTC随第一溶液以层流形式流出；以及所述第一出液口与第四进液口之间平滑过渡连通。

2.根据权利要求1所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：所述第一流道和第二流道均呈直线型，其横截面均呈矩形，且第一流道的宽度和深度和第二流道的宽度和深度相同。

3.根据权利要求2所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：所述第一流道与第二流道相平行并错位设置，且所述第二流道的下侧面与第一流道的上侧面位于同一直线上。

4.根据权利要求1所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：所述第一进液口和第二进液口均呈直线型，并与第一流道之间形成Y字形，且第一进液口和第二进液口之间的夹角小于45°；所述第一出液口和第二出液口也均呈直线型，并与第一流道之间也形成Y字形，且第一出液口的中轴线和第二出液口之间的夹角等同第一进液口和第二进液口之间的夹角。

5.根据权利要求1所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：所述第三进液口和第四进液口均呈直线型，并与第二流道之间形成Y字形，且第三进液口和第四进液口之间的夹角小于45°；所述第三出液口和第四出液口也均呈直线型，并与第二流道之间也形成Y字形，且第三出液口和第四出液口之间的夹角等同第三进液口和第四进液口的中轴线之间的夹角。

6.根据权利要求1所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其特征在于：所述流道基座采用硅基或氧化硅材料制作成片状，并采用等离子刻蚀工艺，在该流道基座上表面制作出横截面呈矩形或梯形的沟槽作为第一流道与第二流道；所述流道基座还包括覆盖在其上表面用耐热玻璃制作的玻璃盖板，并通过热键合的方式与流道基座紧密键合；所述玻璃盖板上与第一进液口、第二进液口、第二出液口、第三进液口、第三出液口和第四出液口对应的位置处，分别加工出过孔作为流体的出入孔，并通过微流软管与液体收集试管或注射器相连接。

7.一种双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，实施在权利要求1至6中任一项所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置上，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、将不含细胞的第一溶液通过第一注射器经由相应的微流软管从第一进液口注入第一流道；将含有血细胞、循环肿瘤细胞及其微栓的液体样品通过第二注射器经由相应的微流软管从第二进液口注入第一流道；

B、分别调整第一注射器和第二注射器的注射速度或注射量，使得第一溶液与液体样品的分界线位于第一流道靠第二出液口侧三分之一线处；

C、给第一压电陶瓷施加1MHz的工作频率，在第一流道的1/2驻波节点线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞及其微栓向第一流道的中线处运动并越过液体样品的分界线进入第一溶液，而血细胞则仍处在液体样品中缓慢运动；

D、变换第一压电陶瓷的工作频率至3MHz，在第一流道的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞及其微栓在第一溶液中继续向第一流道的中线处运动，而血细胞则在液体样品中向第一流道的1/6驻波节点线处运动；

E、反复变换第一压电陶瓷的工作频率，使得液体样品中的循环肿瘤细胞及其微栓始终汇集在第一流道中线附近运动，并随第一溶液从第一出液口经第四进液口进入第二流道，而血细胞汇集在第一流道的1/6驻波节点线附近运动，并随液体样品从第二出液口经相应的微流软管流出至血细胞液体收集试管。

8.根据权利要求7所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：将不含细胞的第二溶液通过第三注射器经由相应的微流软管从第三进液口注入第二流道。

9.根据权利要求8所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：调整第三注射器的注射速度或注射量，使得第二溶液与第一溶液的分界线位于第二流道靠第四出液口侧三分之一线处。

10.根据权利要求9所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其特征在于，所述步骤E之后还包括：

F、给第二压电陶瓷施加1MHz的工作频率，在第二流道的1/2驻波节点线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞微栓向第二流道的中线处运动并越过第一溶液的分界线进入第二溶液，而循环肿瘤细胞则仍处在第一溶液中缓慢运动；

G、变换第二压电陶瓷的工作频率至3MHz，在第二流道的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞微栓在第二溶液中继续向第二流道的中线处运动，而循环肿瘤细胞在第一溶液中向第二流道的1/6驻波节点线处运动；

H、反复变换第二压电陶瓷的工作频率，使得第二溶液中的循环肿瘤细胞微栓始终汇集在第二流道的中线附近运动，并随第二溶液从第三出液口经相应的微流软管流出至循环肿瘤细胞微栓液体收集试管，而循环肿瘤细胞则汇集在第二流道的1/6驻波节点线附近运动，并随第一溶液从第四出液口经相应的微流软管流出至循环肿瘤细胞液体收集试管。

说明书

双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及循环肿瘤细胞及其微栓的分离装置和分离方法领域，尤其涉及的是一种利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置与方法。

背景技术

[0002] 循环肿瘤细胞是指由肿瘤病灶扩散进入外周血循环的肿瘤细胞，并在一定条件下可发展为肿瘤转移性病灶；而循环肿瘤细胞微栓（clusters）是由两个及以上的循环肿瘤细
胞聚集而成，大于50%的肿瘤转移是由循环肿瘤细胞微栓引起的，在乳腺癌中这个比例高达
97%；由此，研发出快速、有效分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，为开发具有临床意义的监
测设备提供重要的依据。

[0003] 本文中涉及的循环肿瘤细胞的直径一般≥10μm，循环肿瘤细胞微栓的直径在几十微米左右；目前分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法大致可分为被动筛选和主动筛选两类：

[0004] 1）被动筛选方案：主要是基于细胞的大小、密度、表面标记物等属性来进行分离，常见的被动筛选方法有过滤法、密度梯度离心法、循环肿瘤细胞标志物筛选法以及基于微
流结构的筛选方法；但是，过滤法和基于微流结构的筛选方法通常会产生阻塞现象导致细
胞损伤，从而影响对分离出的循环肿瘤细胞及微栓进行后续的培养、表型鉴定及毒理分析
等；密度梯度离心法的分离效率相对较低；而循环肿瘤细胞标志物筛选法依赖于循环肿瘤
细胞的表型，通常是基于EpCAM（上皮细胞抗原）来进行捕获分离，但不同肿瘤来源的循环肿
瘤细胞的EpCAM表达存在差异，且该蛋白的表达会动态变化，由此会出现假阳性的可能。

[0005] 2）主动筛选方案：主要是基于外加力（如电场力、声场力等）的作用来实现分离，常见方法有介电电泳法和声波法；介电电泳法的优势在于可以分离1μm以下的细胞，但由于介
电电场场强限制可使用的介电力相对较小，分离通量不如声波法；声波法是在微流道中产
生驻波声场作用于待分离细胞，相对于介电电泳法，声波法较适于分离直径在几微米到几
十微米的粒子及细胞；按照产生声波的方式及声波传播方式的不同，声波法又细分为表面
声波法和体声波法：表面声波法便于设计声场，但相对声场强度较小；体声波法声场强度
大，但常见的体声波法仅有单一声节点，从而限制了体声波法的分离能力。

[0006] 不管是被动筛选方案和主动筛选方案，现有的分离装置和方法的分离过程都没有在循环肿瘤细胞所处的原始环境内实现，难以有效保证细胞的活性，并为后续的细胞代谢
活性检测、多重蛋白标志物检测、培养及毒理研究等提供保障。

[0007] 因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，可在循环肿瘤细胞所处的原始环境内实现分离，并能有效保证细胞的完整性
和活性，且细胞通量大、流动通畅、可集成性强。

[0009] 同时，本发明还提供一种利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，可在循环肿瘤细胞所处的原始环境内实现分离，并能有效保证细胞的完整性和活性，且灵
敏度高、分离效果好、分离效率高。

[0010] 本发明的技术方案如下：一种双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其核心部分由流道基座、第一压电陶瓷和第二压电陶瓷组成；所述流道基座上设置有第一
流道和第二流道，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷均与流道基座的底面相接触，且所述
第一压电陶瓷位于第一流道的下方，所述第二压电陶瓷位于第二流道的下方；所述第一流
道的进液端从中线向两侧分叉延伸出两个等宽的第一进液口和第二进液口，该第一流道的
出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第一出液口和第二出液口，且所述第
一出液口的宽度是第二出液口的宽度的两倍；所述第二流道的进液端从中线向两侧分叉延
伸形成两个等宽的第三进液口和第四进液口，该第二流道的出液端从三分线处向两侧分叉
延伸形成两个非等宽的第三出液口和第四出液口，且所述第三出液口的宽度是第四出液口
的宽度的两倍；以及所述第一出液口与第四进液口之间平滑过渡连通。

[0011] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其中：所述第一流道和第二流道均呈直线型，其横截面均呈矩形，且第一流道的宽度和深度和第二流道的宽度和
深度相同。

[0012] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其中：所述第一流道与第二流道相平行并错位设置，且所述第二流道的下侧面与第一流道的上侧面位于同一直线
上。

[0013] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其中：所述第一进液口和第二进液口均呈直线型，并与第一流道之间形成Y字形，且第一进液口和第二进液口之间
的夹角小于45°；所述第一出液口和第二出液口也均呈直线型，并与第一流道之间也形成Y
字形，且第一出液口的中轴线和第二出液口之间的夹角等同第一进液口和第二进液口之间
的夹角。

[0014] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其中：所述第三进液口和第四进液口均呈直线型，并与第二流道之间形成Y字形，且第三进液口和第四进液口之间
的夹角小于45°；所述第三出液口和第四出液口也均呈直线型，并与第二流道之间也形成Y
字形，且第三出液口和第四出液口之间的夹角等同第三进液口和第四进液口的中轴线之间
的夹角。

[0015] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，其中：所述流道基座采用硅基或氧化硅材料制作成片状，并采用等离子刻蚀工艺，在该流道基座上表面制作出横
截面呈矩形或梯形的沟槽作为第一流道与第二流道；所述流道基座还包括覆盖在其上表面
用耐热玻璃制作的玻璃盖板，并通过热键合的方式与流道基座紧密键合；所述玻璃盖板上
与第一进液口、第二进液口、第二出液口、第三进液口、第三出液口和第四出液口对应的位
置处，分别加工出过孔作为流体的出入孔，并通过微流软管与液体收集试管或注射器相连
接。

[0016] 一种双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，实施在上述中任一项所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置上，该方法包括以下步骤：

[0017] A、将不含细胞的第一溶液通过第一注射器经由相应的微流软管从第一进液口注入第一流道；将含有血细胞、循环肿瘤细胞及其微栓的液体样品通过第二注射器经由相应
的微流软管从第二进液口注入第一流道；

[0018] B、分别调整第一注射器和第二注射器的注射速度或注射量，使得第一溶液与液体样品的分界线位于第一流道靠第二出液口侧三分之一线处；

[0019] C、给第一压电陶瓷施加1MHz的工作频率，在第一流道的1/2驻波节点线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞及其微栓向第一流道的中线处运动并越过液体样品的分界线进
入第一溶液，而血细胞则仍处在液体样品中缓慢运动；

[0020] D、变换第一压电陶瓷的工作频率至3MHz，在第一流道的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞及其微栓在第一溶液中继续向第一流道的中线处运动，
而血细胞则在液体样品中向第一流道的1/6驻波节点线处运动；

[0021] E、反复变换第一压电陶瓷的工作频率，使得液体样品中的循环肿瘤细胞及其微栓始终汇集在第一流道中线附近运动，并随第一溶液从第一出液口经第四进液口进入第二流
道，而血细胞汇集在第一流道的1/6驻波节点线附近运动，并随液体样品从第二出液口经相
应的微流软管流出至血细胞液体收集试管。

[0022] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其中，所述步骤A还包括：将不含细胞的第二溶液通过第三注射器经由相应的微流软管从第三进液口注入第二流
道。

[0023] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其中，所述步骤B还包括：调整第三注射器的注射速度或注射量，使得第二溶液与第一溶液的分界线位于第二流
道靠第四出液口侧三分之一线处。

[0024] 所述的双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，其中，所述步骤E之后还包括：

[0025] F、给第二压电陶瓷施加1MHz的工作频率，在第二流道的1/2驻波节点线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞微栓向第二流道的中线处运动并越过第一溶液的分界线进入第
二溶液，而循环肿瘤细胞则仍处在第一溶液中缓慢运动；

[0026] G、变换第二压电陶瓷的工作频率至3MHz，在第二流道的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，使得循环肿瘤细胞微栓在第二溶液中继续向第二流道的中线处运动，而循
环肿瘤细胞在第一溶液中向第二流道的1/6驻波节点线处运动；

[0027] H、反复变换第二压电陶瓷的工作频率，使得第二溶液中的循环肿瘤细胞微栓始终汇集在第二流道的中线附近运动，并随第二溶液从第三出液口经相应的微流软管流出至循
环肿瘤细胞微栓液体收集试管，而循环肿瘤细胞则汇集在第二流道的1/6驻波节点线附近
运动，并随第一溶液从第四出液口经相应的微流软管流出至循环肿瘤细胞液体收集试管。

[0028] 本发明所提供的一种利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置与方法，由于采用了级联的两级通道，利用两级流道流动特性结合双频驻波声场的交替作用，灵
敏度高，提高了声场分离的精密度及准确性，实现了循环肿瘤细胞及微栓一体化的在线式
分离，有效避免了多步式分离方法对细胞的破坏作用，也避免了离线式分离（比如离心法
等）方法的离线监测的繁杂操作程序以及由此引入的分离的不确定性；且驻波声场产生的
作用力为非接触力，有效避免了接触力对细胞的破坏，分离过程在循环肿瘤细胞所处的原
始环境内实现，有效保证了被分离细胞的完整性和活性，为后续的细胞代谢活性检测、多重
蛋白标志物检测、培养及毒理研究等提供保障；相较于其他主动式方法，交替的双频驻波声
场作用力相对较大，分离的细胞通量大、流动通畅，避免了被动式的细胞阻塞问题，可集成
性强，并可与其它表型鉴定及代谢活性检测进行集成，驻波声场作用力相对较大，分离效果
好、分离效率高，可扩展用于其它细胞的在线分离。

附图说明

[0029] 图1是本发明利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓实施例核心部分的工作原理图；

[0030] 图2是本发明利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置实施例核心部分的放大立体图。

具体实施方式

[0031] 以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

[0032] 如图1所示，图1是本发明利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置实施例核心部分的工作原理图，该分离装置的核心部分由流道基座(图未示出)、第一压电陶
瓷310和第二压电陶瓷320组成；

[0033] 所述流道基座上设置有用于配合第一压电陶瓷310分离循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的第一流道100和用于配合第二压电陶瓷320分离循环肿瘤细胞微栓CTCs的第二流
道200；

[0034] 所述第一压电陶瓷310和第二压电陶瓷320均与流道基座的底面相接触，且所述第一压电陶瓷310位于第一流道100的下方，用于在第一流道100中交替产生双频驻波声场，以
分离循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs，所述第二压电陶瓷320位于第二流道200的下方，用于
在第二流道200中交替产生双频驻波声场，以分离循环肿瘤细胞微栓CTCs；

[0035] 所述第一流道100的进液端从中线向两侧分叉延伸形成两个等宽的第一进液口101和第二进液口102，所述第一进液口101用于以层流形式输入含有血细胞BC、循环肿瘤细
胞CTC及其微栓CTCs的液体样品，所述第二进液口102用于以层流形式输入不含细胞的第一
溶液(例如磷酸盐缓冲液)；该第一流道100的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个
非等宽的第一出液口103和第二出液口104，且所述第一出液口103的宽度是第二出液口104
的宽度的两倍，所述第一出液口103用于被分离的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs随第一溶
液以层流形式流出，所述第二出液口104用于被分离后的液体样品(含红细胞、白细胞等血
细胞BC)以层流形式流出；

[0036] 所述第二流道200的进液端从中线向两侧分叉延伸形成两个等宽的第三进液口201和第四进液口202，所述第三进液口201用于以层流形式输入不含细胞的第二溶液(例如
磷酸盐缓冲液)，所述第四进液口202与第一出液口103相连通，且两者之间的侧壁和底壁均
平滑过渡，用于被分离的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs随第一溶液以层流形式流入；该第
二流道200的出液端从三分线处向两侧分叉延伸形成两个非等宽的第三出液口203和第四
出液口204，且所述第三出液口203的宽度是第四出液口204的宽度的两倍，所述第三出液口
203用于被分离的循环肿瘤细胞微栓CTCs随第二溶液以层流形式流出，所述第四出液口204
用于被分离的循环肿瘤细胞CTC随第一溶液以层流形式流出。

[0037] 所谓的层流形式指的是，第一流道100和第二流道200内流动的液体在低雷诺数下的流动方式，而雷诺数雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲
数，是流体力学中表征粘性影响的相似准则数，也是判别流动特性的依据，雷诺数较小时，
粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，形成
层流；反之，若雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微
小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流或湍流流场；在管流中，雷诺数小于2300的
流动是层流，雷诺数等于2300～4000的流动为过渡状态，雷诺数大于4000的流动是湍流。

[0038] 优选地，所述第一流道100和第二流道200均呈直线型，其横截面均呈矩形，且第一流道100的宽度和深度和第二流道200的宽度和深度相同。

[0039] 优选地，所述第一流道100与第二流道200相平行并错位设置，且所述第二流道200的下侧面与第一流道100的上侧面位于同一直线上。

[0040] 优选地，所述第一进液口101和第二进液口102均呈直线型，并与第一流道100之间形成Y字形，且第一进液口101和第二进液口102之间的夹角小于45°；所述第一出液口103和
第二出液口104也均呈直线型，并与第一流道100之间也形成Y字形，且第一出液口103的中
轴线和第二出液口104之间的夹角等同第一进液口101和第二进液口102之间的夹角。

[0041] 优选地，所述第三进液口201和第四进液口202均呈直线型，并与第二流道200之间形成Y字形，且第三进液口201和第四进液口202之间的夹角小于45°；所述第三出液口203和
第四出液口204也均呈直线型，并与第二流道200之间也形成Y字形，且第三出液口203和第
四出液口204之间的夹角等同第三进液口201和第四进液口202的中轴线之间的夹角。

[0042] 在本发明利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置的优选实施方式中，结合图2所示，图2是本发明利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置实施
例核心部分的放大立体图，具体的，所述流道基座410可采用硅基、氧化硅或其它硬度较大
的金属或非金属固体材料制作成例如厚度500微米的片状，并采用等离子刻蚀工艺，在该流
道基座410上表面制作出横截面呈矩形或梯形的沟槽作为第一流道100与第二流道200，例
如，刻蚀出宽度750微米、深度50微米的矩形沟槽；

[0043] 为了便于摄像机通过显微镜清晰记录所述第一流道100与第二流道200中的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的流动状态，所述流道基座410还包括覆盖在其上表面的玻璃盖
板420，该玻璃盖板420可采用耐热玻璃材料制作成厚度1毫米的片状，并通过热键合的方式
与流道基座410紧密键合；所述玻璃盖板420上与第一进液口101、第二进液口102、第二出液
口104、第三进液口201、第三出液口203和第四出液口204对应的位置处，分别加工出例如直
径700微米的过孔(421、422、423、424、425和426)作为流体的出入孔，并通过例如内径500微
米的微流软管(图未示出)与液体收集试管(图未示出)或注射器(图未示出)相连接；

[0044] 所述第一压电陶瓷310和第二压电陶瓷320均可采用在厚度方向Z施加电压并在厚度方向Z产生振动(即厚度方向Z极化)的PNT‑5型压电陶瓷片，且所述第一压电陶瓷310的宽
度与第一流道100的长度相适配，所述第二压电陶瓷320的宽度与第二流道200的长度相适
配；将所述第一压电陶瓷310和第二压电陶瓷320上与ε‑33方向垂直的两平面作为电极面，
均镀上金属银涂层作为驱动电极，且其中一个面用α‑氰基丙烯酸酯类胶水粘合在流道基座
410的底面上；所述第一压电陶瓷310和第二压电陶瓷320分别与函数信号发生器(图未示
出)电性连接，均由函数信号发生器产生正弦变化的交变电压信号作为驱动信号，并可按照
需要在1MHz和3MHz的工作频率之间来回变换，再经功率放大装置(图未示出)之后，驱动第
一压电陶瓷310和第二压电陶瓷320工作。

[0045] 基于上述利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的装置，本发明还提出了一种利用双频驻波声场分离循环肿瘤细胞及其微栓的方法，具体包括以下步骤：

[0046] 步骤S510、将不含细胞的第一溶液通过第一注射器经由相应的微流软管从过孔421处的第一进液口101注入第一流道100；将含有血细胞BC、循环肿瘤细胞CTC及其微栓
CTCs的液体样品通过第二注射器经由相应的微流软管从过孔422处的第二进液口102注入
第一流道100；将不含细胞的第二溶液通过第三注射器经由相应的微流软管从过孔423处的
第三进液口201注入第二流道200；

[0047] 步骤S520、分别调整第一注射器和第二注射器的注射速度或注射量，使得第一溶液与液体样品的分界线110(图1)位于第一流道100靠第二出液口104侧三分之一线处，即液
体样品全部从过孔424处的第二出液口104经相应的微流软管流出至血细胞BC液体收集试
管，而第一溶液全部从第一出液口103经第四进液口202进入第二流道200；具体的，例如，所
3
述第一注射器的注射速度为0.84mm /s或注射量为100μl/h，第二注射器的注射速度为
3
0.28mm/s或注射量为20μl/h；同时，调整第三注射器的注射速度或注射量，使得第二溶液
与第一溶液的分界线210(图1)位于第二流道200靠第四出液口204侧三分之一线处（因为第
二溶液与第一溶液的流速不同，即便两者都采用相同的液体，在两者之间也会产生分界
线），即第一溶液全部从过孔426处的第四出液口204经相应的微流软管流出至循环肿瘤细
胞CTC液体收集试管，而第二溶液全部从过孔425处的第三出液口203经相应的微流软管流
出至循环肿瘤细胞微栓CTCs液体收集试管；具体的，例如，所述第三注射器的注射速度为
3
1.5mm/s或注射量为160μl/h；

[0048] 步骤S530、利用函数信号发生器给第一压电陶瓷310施加1MHz的工作频率，在图1第一流道100的1/2驻波节点线120(即中线)处产生驻波声场，由于细胞体积、重量等物理特
性的不同，循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的体积要明显大于红细胞和白细胞等血细胞BC
的体积，因此循环肿瘤细胞CTC及微栓CTCs在1MHz驻波声场下的运动要明显快于血细胞BC，
循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs会向第一流道100的1/2驻波节点线120(即中线)处运动并
越过液体样品的分界线110进入第一溶液，而血细胞BC则仍处在液体样品中缓慢运动；

[0049] 步骤S540、利用函数信号发生器变换第一压电陶瓷310的工作频率至3MHz，在第一流道100的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，由于细胞体积、重量等物理特性的不同，
循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs的体积要明显大于红细胞和白细胞等血细胞BC，因此循环
肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs在第一溶液中继续向第一流道100的1/2驻波节点线120(即中
线)处运动，而血细胞BC则在液体样品中则向图1第一流道100的1/6驻波节点线130处运动；

[0050] 步骤S550、所述函数信号发生器在3MHz和1MHz之间反复变换第一压电陶瓷310的工作频率，具体的，例如，函数信号发生器变换工作频率的时间间隔为5‑10s；最终，液体样
品中的循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs始终汇集在图1第一流道100的1/2驻波节点线120
(即中线)附近运动，并随第一溶液从第一出液口103经第四进液口202进入第二流道200，而
血细胞BC则汇集在图1第一流道100的1/6驻波节点线130附近运动，并随液体样品从过孔
424处的第二出液口104经相应的微流软管流出至血细胞BC液体收集试管，由此完成从液体
样品中分离出循环肿瘤细胞CTC及其微栓CTCs混合物；

[0051] 步骤S560、利用函数信号发生器给第二压电陶瓷320施加1MHz的工作频率，在图1第二流道200的1/2驻波节点线220(即中线)处产生驻波声场，由于细胞体积、重量等物理特
性的不同，循环肿瘤细胞微栓CTCs的体积要明显大于循环肿瘤细胞CTC的体积，因此循环肿
瘤细胞微栓CTCs在1MHz驻波声场下的运动要明显快于循环肿瘤细胞CTC，循环肿瘤细胞微
栓CTCs会向第二流道200的1/2驻波节点线220(即中线)处运动并越过第一溶液的分界线
210进入第二溶液，而循环肿瘤细胞CTC则仍处在第一溶液中缓慢运动；

[0052] 步骤S570、利用函数信号发生器变换第二压电陶瓷320的工作频率至3MHz，在第二流道200的Y方向1/6、1/2和5/6线处产生驻波声场，由于细胞体积、重量等物理特性的不同，
循环肿瘤细胞微栓CTCs的体积要明显大于循环肿瘤细胞CTC，因此循环肿瘤细胞微栓CTCs
在第二溶液中继续向第二流道200的1/2驻波节点线220(即中线)处运动，而循环肿瘤细胞
CTC则在第一溶液中向图1第二流道200的1/6驻波节点线230处运动；

[0053] 步骤S580、所述函数信号发生器在3MHz和1MHz之间反复变换第二压电陶瓷320的工作频率，具体的，例如，函数信号发生器变换工作频率的时间间隔为5‑10s；最终，第二溶
液中的循环肿瘤细胞微栓CTCs始终汇集在图1第二流道200的1/2驻波节点线220(即中线)
附近运动，并随第二溶液从过孔425处的第三出液口203经相应的微流软管流出至循环肿瘤
细胞微栓CTCs液体收集试管，而循环肿瘤细胞CTC则汇集在图1第二流道200的1/6驻波节点
线230附近运动，并随第一溶液从过孔426处的第四出液口204经相应的微流软管流出至循
环肿瘤细胞CTC液体收集试管，由此完成从液体样品中单独分离出循环肿瘤细胞CTC和单独
分离出循环肿瘤细胞微栓CTCs。

[0054] 应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加
以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本
发明所附权利要求的保护范围。