一种离心式分选微流控芯片、离心式分选方法及系统

摘要

本发明公开了一种离心式分选微流控芯片，在使用过程中，稳流腔内缓冲液可以源源不断的流入样品腔以保证样品腔内液面稳定在固定离心半径处，使得整体离心分选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，从而可以解决细胞在样品腔内沉降和速度不稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。其中样品腔内不同大小的细胞会在分选腔内发生分离，大尺寸细胞会沉降在分选腔，小尺寸细胞会顺虹吸阀进入废液腔。本发明还提供了一种离心式分选方法以及一种离心式分选系统，同样具有上述有益效果。

权利要求

1.一种离心式分选微流控芯片，其特征在于，包括芯片本体；所述芯片本体包括一旋转中心和稳流分选装置；所述稳流分选装置包括稳流腔、样品腔、微通道、分选腔、虹吸阀和废液腔；

所述样品腔位于所述为稳流腔背向所述旋转中心一侧，所述稳流腔与所述样品腔相互连通；所述微通道的入液口连接所述样品腔的出液口，所述微通道沿从所述旋转中心指向所述芯片本体边缘的径向方向延伸，所述微通道远离所述旋转中心一侧端部呈弧状向所述芯片本体周向弯折；所述微通道的出液口与所述分选腔的入液口连通；所述分选腔中心的离心半径大于所述微通道出液口的离心半径；

所述分选腔的出液口通过所述虹吸阀联通所述废液腔，所述虹吸阀的驼峰位与所述样品腔内预设液面高度具有同一离心半径；

所述稳流腔朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔以及气孔，所述样品腔朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔以及气孔；

所述虹吸阀的驼峰位设置有可封闭的气孔；

所述稳流腔的容积大于所述样品腔的容积；

所述稳流分选装置包括两个稳流腔，还包括缓冲液腔；

一所述稳流腔与所述样品腔相互连通，另一所述稳流腔与所述缓冲液腔相互连通；所述微通道靠近所述旋转中心一侧端部呈Y形状具有两个入液口，一所述微通道的入液口与所述样品腔的出液口连通，另一所述微通道的入液口与所述缓冲液腔的出液口连通；所述样品腔相对所述缓冲液腔的位置，与所述微通道远离所述旋转中心一侧端部的偏折方向相同。

2.根据权利要求1所述的离心式分选微流控芯片，其特征在于，所述分选腔背向所述旋转中心一侧侧壁设置有多个容纳凹槽，多个所述容纳凹槽沿所述芯片本体周向分布。

3.根据权利要求2所述的离心式分选微流控芯片，其特征在于，所述分选腔沿水平方向的截面呈类矩形或三角形。

4.根据权利要求1所述的离心式分选微流控芯片，其特征在于，包括多个所述稳流分选装置，多个所述稳流分选装置沿所述芯片本体周向分布。

5.一种离心式分选方法，其特征在于，使用如权利要求1至4任一项权利要求所述的离心式分选微流控芯片，包括：

将缓冲液注入所述离心式分选微流控芯片中的稳流腔；

开启虹吸阀的驼峰位设置的气孔，在注入缓冲液之后，通过离心机以第一转速转动所述离心式分选微流控芯片，排除所述离心式分选微流控芯片内的气泡；

在排除所述离心式分选微流控芯片内气泡之后，将包括待分选物质的混合液注入所述样品腔；

封闭虹吸阀的驼峰位设置的气孔，在注入所述混合液之后，通过离心机以第二转速转动所述离心式分选微流控芯片，直至完成分选。

6.一种离心式分选系统，其特征在于，包括离心机和如权利要求1至4任一项权利要求所述的离心式分选微流控芯片。

说明书

一种离心式分选微流控芯片、离心式分选方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及微流控生物医学领域，特别是涉及一种离心式分选微流控芯片、一种离心式分选方法以及一种离心式分选系统。

背景技术

[0002] 身体样本中的特定类型细胞的分选是一些生物医学分析的基础。生物医学分析对于从样本中分离目标细胞的能力要求很高。当前许多研究者致力于压力驱动微流控芯片的
研究，但是压力泵的存在使得整个系统集成化困难。而离心驱动微流控芯片不需要压力泵
与管路等外部链接，即可实现快速多通道并行微流体操控，系统集成度高。

[0003] 离心微流控分选方法中，细胞的密度与体积均可作为分离两种细胞的物理特征，由于离心沉降效应对密度差异更敏感，使得具有密度差异的微粒更容易在离心力作用下分
离。因此该方法主要被应用于血液分离和具有密度差异的细胞分离。然而，很多细胞之间密
度差异较小，体积差异更为明显，例如肿瘤细胞一般比正常细胞大。因此，基于体积差异的
细胞分离是必要的。然而离心瞬态过程中，流体速度的瞬态变化使细胞的运动轨迹难以精
确控制，并且在离心瞬态过程结束时，流体止动，细胞沉降在通道无法流到分选腔中，降低
了目标细胞的回收率，对需要保证分选率的检测实验，例如对稀有细胞的分选计数，会有巨
大的影响。所以如何提供一种可以实现依据细胞大小实现分选的离心式分选微流控芯片是
本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种离心式分选微流控芯片，可以依据细胞大小实现分选；本发明还提供了一种离心式分选方法以及一种离心式分选系统，可以依据细胞大小实现分
选。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种离心式分选微流控芯片，包括芯片本体；所述芯片本体包括一旋转中心和稳流分选装置；所述稳流分选装置包括稳流腔、样品腔、微通
道、分选腔、虹吸阀和废液腔；

[0006] 所述样品腔位于所述为稳流腔背向所述旋转中心一侧，所述稳流腔与所述样品腔相互连通；所述微通道的入液口连接所述样品腔的出液口，所述微通道沿从所述旋转中心
指向所述芯片本体边缘的径向方向延伸，所述微通道远离所述旋转中心一侧端部呈弧状向
所述芯片本体周向弯折；所述微通道的出液口与所述分选腔的入液口连通；所述分选腔中
心的离心半径大于所述微通道出液口的离心半径；

[0007] 所述分选腔的出液口通过所述虹吸阀联通所述废液腔，所述虹吸阀的驼峰位与所述样品腔内预设液面高度具有同一离心半径。

[0008] 可选的，所述稳流腔朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔以及气孔，所述样品腔朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔以及气孔。

[0009] 可选的，所述虹吸阀的驼峰位设置有可封闭的气孔。

[0010] 可选的，所述分选腔背向所述旋转中心一侧侧壁设置有多个容纳凹槽，多个所述容纳凹槽沿所述芯片本体周向分布。

[0011] 可选的，所述分选腔沿水平方向的截面呈形似矩形或三角形。

[0012] 可选的，所述稳流腔的容积大于所述样品腔的容积。

[0013] 可选的，所述稳流分选装置包括两个稳流腔，还包括缓冲液腔；

[0014] 一所述稳流腔与所述样品腔相互连通，另一所述稳流腔与所述缓冲液腔相互连通；所述微通道靠近所述旋转中心一侧端部呈Y形状具有两个入液口，一所述微通道的入液
口与所述样品腔的出液口连通，另一所述微通道的入液口与所述缓冲液腔的出液口连通；
所述样品腔相对所述缓冲液腔的位置，与所述微通道远离所述旋转中心一侧端部的偏折方
向相同。

[0015] 可选的，包括多个所述稳流分选装置，多个所述稳流分选装置沿所述芯片本体周向分布。

[0016] 本发明还提供了一种离心式分选方法，包括：

[0017] 将缓冲液注入离心式分选微流控芯片中的稳流腔；所述离心式分选微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体包括一旋转中心和稳流分选装置；所述稳流分选装置包括所述
稳流腔、所述样品腔、微通道、分选腔、虹吸阀和废液腔；所述样品腔位于所述为稳流腔背向
所述旋转中心一侧，所述稳流腔与所述样品腔相互连通；所述微通道的入液口连接所述样
品腔的出液口，所述微通道沿从所述旋转中心指向所述芯片本体边缘的径向方向延伸，所
述微通道远离所述旋转中心一侧端部呈弧状向所述芯片本体周向弯折；所述微通道的出液
口与所述分选腔的入液口连通；所述分选腔中心的离心半径大于所述微通道出液口的离心
半径；所述分选腔的出液口通过所述虹吸阀联通所述废液腔，所述虹吸阀的驼峰位与所述
样品腔内预设液面高度具有同一离心半径；

[0018] 在注入缓冲液之后，通过离心机以第一转速转动所述离心式分选微流控芯片，排除所述离心式分选微流控芯片内气泡，此时样品腔内液面高度与虹吸阀的驼峰位处在同一
离心半径；

[0019] 在排除所述离心式分选微流控芯片内气泡之后，将包括待分选物质的混合液注入所述样品腔，将缓冲液注入所述缓冲液腔和稳流腔；

[0020] 在注入所述混合液和缓冲液之后，用密封胶封住所述虹吸阀气孔，然后通过离心机以第二转速转动所述离心式分选微流控芯片，直至完成分选。

[0021] 本发明还提供了一种离心式分选系统，包括离心机和如上述任一项所述的离心式分选微流控芯片。

[0022] 本发明所提供的一种离心式分选微流控芯片，包括芯片本体；芯片本体包括一旋转中心和稳流分选装置；稳流分选装置包括稳流腔、样品腔、微通道、分选腔、虹吸阀和废液
腔；样品腔位于为稳流腔背向旋转中心一侧，稳流腔与样品腔相互连通；微通道的入液口连
接样品腔的出液口，微通道沿从旋转中心指向芯片本体边缘的径向方向延伸，微通道远离
旋转中心一侧端部呈弧状向芯片本体周向弯折；微通道的出液口与分选腔的入液口连通；
分选腔中心的离心半径大于微通道出液口的离心半径；分选腔的出液口通过虹吸阀联通废
液腔，虹吸阀的驼峰位与样品腔内预设液面高度具有同一离心半径。

[0023] 在使用过程中，稳流腔内缓冲液可以源源不断的流入样品腔以保证样品腔内液面稳定在固定离心半径处，使得整体离心分选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，从而
可以解决细胞在样品腔内沉降和速度不稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。其中
样品腔内不同大小的细胞会在分选腔内发生分离，大尺寸细胞会沉降在样品腔，小尺寸细
胞会顺虹吸阀进入废液腔。

[0024] 本发明还提供了一种离心式分选方法以及一种离心式分选系统，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

[0025] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发
明的一些实施例，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。

[0026] 图1为本发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片的结构示意图；

[0027] 图2为分选腔内待分选样本的受力分析图；

[0028] 图3为本发明实施例所提供的一种具体的离心式分选微流控芯片的结构示意图；

[0029] 图4为微通道靠近旋转中心一侧端部原理图；

[0030] 图5为微通道远离旋转中心一侧端部原理图；

[0031] 图6为一种具体的分选腔的结构示意图；

[0032] 图7为另一种具体的分选腔的结构示意图；

[0033] 图8为另一种具体的离心式分选微流控芯片的结构示意图；

[0034] 图9为本发明实施例所提供的一种离心式分选方法的流程图。

[0035] 图中：1.芯片本体、2.稳流腔、3.样品腔、4.微通道、5.分选腔、6.虹吸阀、7.废液腔、8.注液孔、9.气孔、10.缓冲液腔。

具体实施方式

[0036] 本发明的核心是提供一种离心式分选微流控芯片。在现有技术中，离心分选属于瞬态过程，流体速度的瞬态变化使细胞的运动轨迹难以精确控制，并且在离心瞬态过程结
束时，流体止动，细胞沉降在通道无法流到收集腔中，降低了细胞的回收率，对需要保证回
收率的检测实验，例如对稀有细胞的分选计数，会有巨大的影响。

[0037] 而本发明所提供的一种离心式分选微流控芯片，包括芯片本体；芯片本体包括一旋转中心和稳流分选装置；稳流分选装置包括稳流腔、样品腔、微通道、分选腔、虹吸阀和废
液腔；样品腔位于为稳流腔背向旋转中心一侧，稳流腔与样品腔相互连通；微通道的入液口
连接样品腔的出液口，微通道沿从旋转中心指向芯片本体边缘的径向方向延伸，微通道远
离旋转中心一侧端部呈弧状向芯片本体周向弯折；微通道的出液口与分选腔的入液口连
通；分选腔中心的离心半径大于微通道出液口的离心半径；分选腔的出液口通过虹吸阀联
通废液腔，虹吸阀的驼峰位与样品腔内预设液面高度具有同一离心半径。

[0038] 在使用过程中，稳流腔内缓冲液可以源源不断的流入样品腔以保证样品腔内液面稳定在固定离心半径处，使得整体离心分选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，从而
可以解决细胞在样品腔内沉降和速度不稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。其中
样品腔内不同大小的细胞会在分选腔发生分离，大尺寸细胞会沉降在样品腔，小尺寸细胞
会顺虹吸阀进入废液腔。

[0039] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0040] 请参考图1以及图2，图1为本发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片的结构示意图；图2为分选腔内待分选样本的受力分析图。

[0041] 需要说明的是，图1仅为本发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片的部分结构。参见图1，在本发明实施例中，离心式分选微流控芯片包括芯片本体1；所述芯片本
体1包括一旋转中心和稳流分选装置；所述稳流分选装置包括稳流腔2、样品腔3、微通道4、
分选腔5、虹吸阀6和废液腔7；所述样品腔3位于所述为稳流腔2背向所述旋转中心一侧，所
述稳流腔2与所述样品腔3相互连通；所述微通道4的入液口连接所述样品腔3的出液口，所
述微通道4沿从所述旋转中心指向所述芯片本体1边缘的径向方向延伸，所述微通道4远离
所述旋转中心一侧端部呈弧状向所述芯片本体1周向弯折；所述微通道4的出液口与所述分
选腔5的入液口连通；所述分选腔5中心的离心半径大于所述微通道4出液口的离心半径；所
述分选腔5的出液口通过所述虹吸阀6联通所述废液腔7，所述虹吸阀6的驼峰位与所述样品
腔3内预设液面高度具有同一离心半径。

[0042] 上述离心式分选微流控芯片具有一芯片本体1，即下述的各个步骤均是设置在芯片本体1中的结构。通常情况下，芯片本体1呈圆盘形，而本发明实施例具体提供的是一种离
心式分选微流控芯片，因此该芯片本体1通常具有一旋转中心，离心机可以驱动离心式分选
微流控芯片绕该旋转中心沿周向转动。有关芯片本体1的具体材质可以参考现有技术，在此
不再进行赘述。

[0043] 上述稳流腔2具体设置于靠近旋转中心的位置，在本发明实施例中稳流腔2具体起到一个类似于蓄水池的作用，用于向后续的样品腔3以及其他结构补充缓冲液。具体的，在
离心时由于稳流腔2内液体源源不断的补充进样品腔3，可以使得微通道4、分选腔5和虹吸
阀6内液体在离心时趋于局部连续定常流动状态。通常情况下，稳流腔2的出液口通常位于
稳流腔2远离旋转中心一侧。需要说明的是，上述稳流腔2以及下述样品腔3、微通道4、分选
腔5、虹吸阀6和废液腔7等结构，通常均是在芯片本体1表面刻蚀出的结构。

[0044] 上述样品腔3用于注入包括待分选物质的混合液，该待分选物质可以是具有不同大小的细胞，例如肿瘤细胞和普通细胞；当然也可以是其他具有不同大小颗粒的混合液，视
具体应用而定，在此不做具体限定。上述样品腔3位于稳流腔2背向旋转中心一侧，且样品腔
3通常需要通过管道与稳流腔2相互联通，即在离心过程中稳流腔2内液体可以流入样品腔
3。通常情况下，样品腔3的入液口通常位于样品腔3靠近旋转中心一侧，而样品腔3的出液口
通常位于样品腔3远离旋转中心一侧。

[0045] 需要说明的是，由于在本发明实施例中离心过程需要保证稳流腔2内缓冲液会源源不断的流入样品腔3，因此所述稳流腔2的容积需要大于所述样品腔3的容积，通常需要稳
流腔2的容积远大于样品腔3的容积，以保证离心过程中样品腔3内液面不会下降。通常情况
下，稳流腔2的深度通常在1㎜至10㎜之间，包括端点值；其深度优选为3㎜。上述样品腔3的
深度通常在10μm至500μm之间，包括端点值；其深度优选为100μm。

[0046] 上述微通道4需要连通样品腔3和分选腔5，该微通道4的入液口会连接样品腔3的出液口，同时微通道4出液口会连接分选腔5的入液口。该微通道4整体会从样品腔3出液口
沿从旋转中心指向芯片本体1边缘的径向方向延伸，即该微通道4会沿芯片本体1的径向，向
芯片本体1边缘延伸，从而使得从样品腔3中流出的液体在离心过程中可以受到一定的离心
力。当然，上述液体具体会在离心时受离心力、科氏力和流动阻力的共同作用进行运动。需
要说明的是，上述微通道4并不需要严格沿芯片本体1的径向，向芯片本体1边缘延伸，也可
以与芯片本体1的径向具有一定的角度，即该微通道4只需要大体沿从旋转中心指向芯片本
体1边缘的径向方向延伸即可。

[0047] 上述微通道4具有一个靠近旋转中心的端部以及远离旋转中心的端部，其中微通道4远离旋转中心一侧端部呈弧状向芯片本体1周向弯折。即上述微通道4会在沿芯片本体1
径向延伸一端之后，向一侧偏折，形成一呈圆弧状的端部。此时，当从样品腔3流出的液体运
动到该呈弧状弯折的端部时，待分选样本中的颗粒运动方向会与离心力方向分离，此时待
分选样本中不同大小的颗粒会受到不同大小合力作用发生轨迹改变，产生初步分离。例如，
当待分选样本为肿瘤细胞和白细胞时，上述两种细胞在运动到呈弧状弯折的端部时，由于
其运动方向会与离心力方向分离，此时肿瘤细胞和白细胞会受到不同大小合力作用轨迹改
变，发生初步分离。由于肿瘤细胞通常较大，此时肿瘤细胞通常位于白细胞下方。具体的，上
述微通道4的深度通常在10μm至500μm之间，包括端点值；其深度优选为100μm。上述微通道4
远离旋转中心一侧端部的倾斜角度，即微通道4远离旋转中心一侧端部与沿芯片本体1径向
延伸的竖直部之间夹角的取值范围通常在10°至90°之间，包括端点值；其角度优选为90°。

[0048] 上述分选腔5的入液口会与微通道4的出液口相连通，该分选腔5中心的离心半径需要大于微通道4出液口的离心半径。即该分选腔5的中心与旋转中心之间的距离，需要大
于微通道4出液口与旋转中心之间的距离，从而保证在离心过程中从样品腔3流出的待分选
样品内，体积较大的颗粒，例如肿瘤细胞会沉积在分选腔5中；而体积较小的颗粒，例如白细
胞会顺分选腔5的出液口流出分选腔5。当待分选样本从微通道4流入分选腔5时，由于通道
宽度大幅度扩张，流体流动速度迅速变慢，待分选的大颗粒物质与小颗粒物质，例如肿瘤细
胞和白细胞在分选腔5中所受合力的差异被进一步放大，以运动轨迹不同的形式表现。分选
腔5内流体流速不变，由于大颗粒物质与小颗粒物质受离心力大小不同，大颗粒物质，例如
肿瘤细胞会沉降在分选腔5内，而小颗粒物质，例如白细胞会随液体流出分选腔5，从而实现
待分选样本的分离。

[0049] 有关在分选腔5内受力分析可以参考图2，其中U为分选腔5内液体整体流动方向，FCenp1为大颗粒所受离心力；FCorp1为大颗粒所受科氏力；Fd1为大颗粒所受拖曳力；up1为大颗
粒的粒子速度；FL1为大颗粒所受惯性升力。FCenp2为小颗粒所受离心力；FCorp2为小颗粒所受
科氏力；Fd2为小颗粒所受拖曳力；up2为小颗粒的粒子速度；FL2为小颗粒所受惯性升力。从图
2中可以看出，待分选样本中大颗粒物体会沉积在分选腔5，而小颗粒物体会顺分选腔5出液
口流出分选腔5，进而实现细胞的分选。当然，上述微通道4的具体结构尺寸，分选腔5的具体
结构尺寸，会因为待分选样本的不同而进行调整，有关微通道4与分选腔5的具体尺寸需要
根据实际情况自行确定，在此不做具体限定。上述分选腔5的深度通常在10μm至500μm之间，
包括端点值；其深度优选为100μm。

[0050] 上述分选腔5的出液口连接虹吸阀6，该虹吸阀6大体呈倒置的U字形，其中该虹吸阀6的弯折处为该虹吸阀6的驼峰位，在本发明实施例中需要保证该驼峰位的离心半径与样
品腔3内预设液面高度的离心半径相同，即所述虹吸阀6的驼峰位与所述样品腔3内预设液
面高度具有同一离心半径。上述样品腔3内预设液面高度即在初步离心过程后，为在样品腔
3内注入定量样品，样品腔3内液面与虹吸阀6的驼峰位处在同一离心半径。在离心过程中，
由于虹吸阀6的虹吸作用促进离心力对液体的驱动，上述样品腔3内液体会源源不断的依次
流经微通道4、分选腔5、虹吸阀6直至废液腔7；同时由于稳流腔2内液体源源不断的补充进
样品腔3，从而可以保证样品腔3内液面始终保持在固定离心半径处，通常是保持在样品腔3
中注液孔8以及气孔9的界面处。上述虹吸阀6的深度通常在10μm至500μm之间，包括端点值；
其深度优选为100μm。

[0051] 上位废液腔7的入液口需要连通虹吸阀6的出液口，从虹吸阀6流出的液体会进入废液腔7进行存储。为了保证废液腔7具有足够的存储能力，该废液腔7的容积通常需要大于
稳流腔2的容积，以保证在离心完成之后，废液腔7可以存储全部分选完成之后的液体。通常
情况下，废液腔7的深度通常在1㎜至10㎜之间，包括端点值；其深度优选为3㎜。上述样品腔
3的深度通常在10μm至500μm之间，包括端点值；其深度优选为100μm。

[0052] 更具体的，在本发明实施例中，样品腔3出液口宽度通常在10μm至1㎜之间，包括端点值；该样品腔3出液口宽度优选为200μm。微通道4的宽度通常在10μm至500微米之间，包括
端点值；优选地，微通道4的宽度为100um，分选腔5的长度通常在1mm至3cm之间，包括端点
值；该分选腔5的宽度通常在0.5㎜至2cm之间，包括端点值；优选地，分选腔5长度为4mm，宽
度为2mm。上述虹吸阀6宽度通常在10μm至500μm之间，包括端点值；优选地，该虹吸阀6结构
宽度可以为100μm。

[0053] 在本发明实施例中，所述稳流腔2朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔8以及气孔9，所述样品腔3朝向所述旋转中心一侧设置有注液孔8以及气孔9。

[0054] 上述注液孔8用于向对应的腔体中注入液体，而气孔9用于排出多余的气体。具体的，上述位于稳流腔2朝向旋转中心一侧的注液孔8可以用于注入缓冲液，位于稳流腔2朝向
旋转中心一侧的气孔9用于向稳流腔2内的注入液体时排出稳流腔2内气体；上述位于样品
腔3朝向旋转中心的注液孔8可以用于注入缓冲液以及待分选样品，位于样品腔3朝向旋转
中心一侧的气孔9用于向样品腔3内的注入液体时排出样品腔3内气体，同时位于样品腔3朝
向旋转中心一侧的气孔9以及注液孔8均可以用于卸压，即离心时消除稳流结构液体对样品
腔3液体的压力作用，使得微通道4所受的压力只与样品腔3有关，达到使芯片本体1中流体
维持连续定常流动的目的。

[0055] 需要说明的是，上述微通道4以及分选腔5通常不会设置上述气孔9以及注液孔8。在本发明实施例中，所述虹吸阀6的驼峰位设置有可封闭的气孔。该可封闭的气孔可以得到
虹吸破坏阀的作用，在使用本发明实施例所提供的离心式分选微流控芯片时，需要先注入
缓冲液并进行初步离心排出离心式分选微流控芯片内的气体。此时，可以打开设置于虹吸
阀6驼峰位的气孔，便于气体排出，同时由于样品腔3内液面会与驼峰位持平，可以同时便于
定量注样；之后在注入待分选样品之后，需要关闭虹吸阀6驼峰位的气孔，从而使得虹吸阀6
可以促进离心力驱动芯片本体1内液体流动过分选腔5，使得样品最大程度的被利用。

[0056] 通常情况下，废液腔7也设置有气孔，可以在离心过程中当液体注入废液腔7时，排除废液腔7内气体。

[0057] 本发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片，包括芯片本体1；芯片本体1包括一旋转中心和稳流分选装置；稳流分选装置包括稳流腔2、样品腔3、微通道4、分选腔5、
虹吸阀6和废液腔7；样品腔3位于为稳流腔2背向旋转中心一侧，稳流腔2与样品腔3相互连
通；微通道4的入液口连接样品腔3的出液口，微通道4沿从旋转中心指向芯片本体1边缘的
径向方向延伸，微通道4远离旋转中心一侧端部呈弧状向芯片本体1周向弯折；微通道4的出
液口与分选腔5的入液口连通；分选腔5中心的离心半径大于微通道4出液口的离心半径；分
选腔5的出液口通过虹吸阀6联通废液腔7，虹吸阀6的驼峰位与样品腔3内预设液面高度具
有同一离心半径。

[0058] 在使用过程中，稳流腔2内缓冲液可以源源不断的流入样品腔3以保证样品腔3内液面稳定在固定离心半径处，使得整体离心分选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，
从而可以解决细胞在样品腔3内沉降和速度不稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。
其中样品腔3内不同大小的细胞会在分选腔5内发生分离，大尺寸细胞会沉降在样品腔3，小
尺寸细胞会顺虹吸阀6进入废液腔7。

[0059] 有关本发明所提供的一种离心式分选微流控芯片的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。

[0060] 请参考图3至图8，图3为本发明实施例所提供的一种具体的离心式分选微流控芯片的结构示意图；图4为微通道靠近旋转中心一侧端部原理图；图5为微通道远离旋转中心
一侧端部原理图；图6为一种具体的分选腔的结构示意图；图7为另一种具体的分选腔的结
构示意图；图8为另一种具体的离心式分选微流控芯片的结构示意图。

[0061] 区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对离心式分选微流控芯片的结构进行具体限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介
绍，在此不再进行赘述。

[0062] 参见图3，在本发明实施例中，所述稳流分选装置包括两个稳流腔2，还包括缓冲液腔10；一所述稳流腔2与所述样品腔3相互连通，另一所述稳流腔2与所述缓冲液腔10相互连
通；所述微通道4靠近所述旋转中心一侧端部呈Y形状具有两个入液口，一所述微通道4的入
液口与所述样品腔3的出液口连通，另一所述微通道4的入液口与所述缓冲液腔10的出液口
连通；所述样品腔3相对所述缓冲液腔10的位置，与所述微通道4远离所述旋转中心一侧端
部的偏折方向相同。

[0063] 上述两个稳流腔2中心的离心半径通常相同，即两个稳流腔2通常是平行设置。有关单一稳流腔2的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发
明实施例中，还包括一缓冲液腔10，该缓冲液腔10中心的离心半径通常需要与样品腔3中心
的离心半径相同，即缓冲液腔10通常需要与样品腔3平行设置。有关缓冲液腔10的具体结构
可以参考样品腔3的结构，已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

[0064] 上述两个稳流腔2一个会与样品腔3连通，另一个稳流腔2会与缓冲液腔10连通，该连通结构均与上述发明实施例中稳流腔2与样品腔3的连通结构相类似，详细内容请参考上
述发明实施例，在此不再进行赘述。顾名思义，在本发明实施例中缓冲液腔10在使用过程中
仅仅会用于注入缓冲液。

[0065] 参见图4，在本发明实施例中微通道4靠近旋转中心一侧端部呈Y形状具有两个入液口，一所述微通道4的入液口与样品腔3的出液口连通，另一微通道4的入液口与缓冲液腔
10的出液口连通。此时，在微通道4内从缓冲液腔10流出的液体与从样品腔3内流出的液体
会在Y形状结构处交汇。同时由于样品腔3相对缓冲液腔10的位置，与微通道4远离旋转中心
一侧端部的偏折方向相同，即若微通道4远离旋转中心一侧的端部是向右呈圆弧状偏折，则
上述靠右侧的腔体为样品腔3，靠左侧的腔体为缓冲液腔10，上述样品腔3与微通道4的出液
口通常位于微通道4的同一侧。

[0066] 参见图5，图5中FL1为大颗粒物体所受向心力，FL2为小颗粒物体所受向心力。以微通道4远离旋转中心一侧的端部是向右呈圆弧状偏折为例，此时从缓冲液腔10流出的液体
与从样品腔3流出的液体在T形状结构交汇之后，从样品腔3流出的液体总体会沿微通道4右
侧继续向下运动。在运动到微通道4远离旋转中心一侧的偏折处时，从样品腔3流出的液体
沿微通道4内侧运动，从而可以在此偏折处促进大颗粒物体与小颗粒物体发生初步分离，有
利于提高本发明实施例所提供的离心式分选微流控芯片的分选效果，可以提高分选后分选
腔5内大颗粒物体的纯度。

[0067] 具体的，上述缓冲液腔10的出液口直至上述Y形状结构交汇处的通道宽度，通常大于样品腔3的出液口直至上述Y形状结构交汇处的通道宽度，以保证样品腔3内流出的液体
会沿微通道4内侧运动。相应的，上述Y形状结构出液口的宽度通常小于等于与样品腔3出液
口的宽度，小于缓冲液腔10出液口的宽度。上述Y形状结构两个形成微通道4入液口的分支
之间夹角的度数通常在5°至180°之间，包括端点值。

[0068] 具体的，在本发明实施例中，所述分选腔5背向所述旋转中心一侧侧壁设置有多个容纳凹槽，多个所述容纳凹槽沿所述芯片本体1周向分布。上述容纳凹槽可以用于容纳分选
出的大颗粒物体，便于分选完成后操作人员从分选腔5内提取物质。进一步的，上述多个容
纳凹槽可以沿芯片本体1周向分布。由于在实际分选过程中，对于大颗粒物体，其本身也会
存在大小的差异。而在分选腔5内从入液口指向出液口的方向，沉降的物体的体积会从大到
小分布。将多个容纳凹槽沿芯片本体1周向分布，可以实现待分选样本的连续多尺寸分选。

[0069] 具体的，参见图6以及图7，所述分选腔5沿水平方向的截面可以呈类矩形或三角形。当然，上述分选腔5可以呈其它形状，只要整体呈长条状，便于分选即可，在此不做具体
限定。具体的，可根据待分选样本中大颗粒物体与小颗粒物体尺寸的大小调整分选腔5尺
寸，分选腔5的作用是利用结构突然扩张来降低流体的周向流速，使得大颗粒物体有足够的
时间在离心力的作用下沉降在分选腔5内，而小颗粒物体流出分选腔5。需要说明的是，上述
分选腔5具体是两个扇形差集出的结构，例如图7中三角形的两个长边通常也呈弧形。

[0070] 参见图8，作为优选的，在本发明实施例中，离心式分选微流控芯片可以包括多个所述稳流分选装置，多个所述稳流分选装置沿所述芯片本体1周向分布。即在一个芯片本体
1中，可以设置多套上述稳流分选装置，每一套稳流分选装置均可以实现对一种待分选样本
的分选。在离心式分选微流控芯片中设置多套稳流分选装置，可以实现将多套稳流分选装
置集成在同一离心式分选微流控芯片中。在一次离心过程中，可以实现同时对多个待分选
样本进行分选。通常情况下，多个稳流分选装置需要沿所芯片本体1周向均匀分布，以保证
离心过程的稳定性。

[0071] 本发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片，在使用过程中，稳流腔2内缓冲液可以源源不断的流入样品腔3以保证样品腔3内液面稳定在固定离心半径处，使得整体
离心分选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，从而可以解决细胞在样品腔3内沉降和
速度不稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。其中样品腔3内不同大小的细胞会在分
选腔5内发生分离，大尺寸细胞会沉降在分选腔5，小尺寸细胞会顺虹吸阀6进入废液腔7。

[0072] 下面对本发明实施例所提供的一种离心式分选方法进行介绍，下文描述的离心式分选方法具体为上述发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片的使用方法，其具体
内容可以相互对应参照。

[0073] 请参考图9，图9为本发明实施例所提供的一种离心式分选方法的流程图。

[0074] 参见图9，在本发明实施例中，离心式分选方法包括：

[0075] S101：将缓冲液注入离心式分选微流控芯片中的稳流腔。

[0076] 在本发明实施例中，所述离心式分选微流控芯片包括芯片本体1；所述芯片本体1包括一旋转中心和稳流分选装置；所述稳流分选装置包括所述稳流腔2、所述样品腔3、微通
道4、分选腔5、虹吸阀6和废液腔7；所述样品腔3位于所述为稳流腔2背向所述旋转中心一
侧，所述稳流腔2与所述样品腔3相互连通；所述微通道4的入液口连接所述样品腔3的出液
口，所述微通道4沿从所述旋转中心指向所述芯片本体1边缘的径向方向延伸，所述微通道4
远离所述旋转中心一侧端部呈弧状向所述芯片本体1周向弯折；所述微通道4的出液口与所
述分选腔5的入液口连通；所述分选腔5中心的离心半径大于所述微通道4出液口的离心半
径；所述分选腔5的出液口通过所述虹吸阀6联通所述废液腔7，所述虹吸阀6的驼峰位与所
述样品腔3内预设液面高度具有同一离心半径。

[0077] 有关离心式分选微流控芯片的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

[0078] 在本步骤中，需要向稳流腔2注入缓冲液。该缓冲液也可以同时从样品腔3，设置有缓冲液腔10的话也可以从缓冲液腔10同时注入离心式分选微流控芯片。该缓冲液通常为磷
酸盐缓冲溶液(PBS溶液)或其他适于样品液细胞生存的其他液体。当然，有关缓冲液的具体
组分可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

[0079] S102：在注入缓冲液之后，通过离心机以第一转速转动离心式分选微流控芯片，排除离心式分选微流控芯片内气泡。

[0080] 在本步骤中，会通过离心机驱动离心式分选微流控芯片进行初步离心，排除离心式分选微流控芯片内气泡，使得芯片本体1内形成一个连续的液体环境，此时样品腔3内液
面高度与虹吸阀6的驼峰位处在同一离心半径。在本步骤中，通常需要开启虹吸阀6的气孔，
可以通过多次旋转离心，使得芯片本体1内形成一个连续的液体环境，且样品腔3、缓冲液腔
10和虹吸阀6驼峰位的液面处在同一离心半径。具体的，在本步骤中第一转速的取值范围通
常在50rpm至6000rpm，其优选为4000rpm。

[0081] S103：在排除离心式分选微流控芯片内气泡之后，将包括待分选物质的混合液注入样品腔。

[0082] 在本步骤中，会将包括待分选物质的混合液注入样品腔3，以便在后续步骤中对该包括待分选物质的混合液进行分选。

[0083] S104：在注入混合液之后，通过离心机以第二转速转动离心式分选微流控芯片，直至完成分选。

[0084] 在本步骤中，会通过离心机驱动离心式分选微流控芯片进行离心，实现对待分选物质的分选。具体的，在本步骤中通常需要用密封胶封住虹吸阀6的气孔，使得虹吸阀可以
通过虹吸作用驱动液体流动。需要说明的是，在此离心过程中，样品腔3内液面通常是稳定
在样品腔3气孔9以及注液孔8的界面处。有关离心式分选微流控芯片的工作原理已在上述
发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。具体的，在本步骤中第二转速的取值范围通
常在50rpm至6000rpm，其优选为3000rpm。

[0085] 本发明实施例所提供的一种离心式分选方法，在使用过程中，稳流腔2内缓冲液可以源源不断的流入样品腔3以保证样品腔3内液面稳定在固定离心半径处，使得整体离心分
选的瞬态过程变为局部稳定连续流动过程，从而可以解决细胞在样品腔3内沉降和速度不
稳定问题，提高目标细胞回收率和分选纯度。其中样品腔3内不同大小的细胞会在分选腔5
内发生分离，大尺寸细胞会沉降在样品腔3，小尺寸细胞会顺虹吸阀6进入废液腔7。

[0086] 本发明还提供了一种离心式分选系统，所述离心式分选系统包括离心机和如上述任一发明实施例所提供的一种离心式分选微流控芯片。在使用过程中，离心机会驱动离心
式分选微流控芯片转动实现对待分选物体的分选过程。所以，其具体实施方式可以参照相
应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。其余内容可以参照现有技术，在此同样不再进
行展开描述。

[0087] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

[0088] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0089] 以上对本发明所提供的一种离心式分选微流控芯片、一种离心式分选方法以及一种离心式分选系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进
行了阐述，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。应当指出，对
于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行
若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。