CN213447072U - 一种外泌体分离、检测微流控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及体外诊断领域，具体涉及一种外泌体分离、检测微流控装置。为了解决外泌体分离及检测消耗时间长的问题，本实用新型提供一种外泌体分离、检测微流控装置，包括微流控芯片、控制模块、加样模块、运动模块、检测模块，所述微流控芯片设置在运动模块上，控制模块分别与加样模块、运动模块、检测模块连接；所述微流控芯片上设置有至少一个反应单元；所述微流控芯片上的反应单元依次包括反应室、虹吸阀、废液室；所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通。该实用新型实现了外泌体的分离与检测，自动化、集成化程度高，消耗的时间较短。
Description
技术领域
本实用新型涉及体外诊断领域，具体涉及一种外泌体分离、检测微流控装置。
背景技术
外泌体是细胞主动分泌的、由脂质双分子层包绕的微小囊泡，是细胞外囊泡中大小较均一的一类囊泡，尺寸在30-150nm之间。起初，人们认为外泌体主要是细胞用来清除不需要的物质的方法，随着研究的不断深入，人们发现外泌体富含多种蛋白质，脂质，核酸等，是生理或病理条件下细胞之间信息及物质交换的重要形式，在免疫调节、血管生成、肿瘤迁移等过程中发挥重要作用。目前，人们已经在多种体液(如：尿液、血液、脑脊液等)中均分离得到了外泌体。虽然外泌体形成、释放的分子机制尚不完全清楚，但研究表明，当生理或病理状态改变后，相应外泌体产生的数量及所携带的物质也会发生改变，因此，外泌体的分离及检测在疾病早期诊断、治疗监测及预后方面具有重要意义和应用价值。
目前，外泌体的分离方法包括差速离心法、过滤法、亲和捕获法、沉淀法等，其中，差速离心法是提取外泌体通常采用的方法，但是该方法需要超速离心机这样的昂贵的仪器，在分离外泌体之前，要先低速离心去除死亡的细胞和大的细胞碎片，而对血清样品的超速离心分离外泌体的时间通常较长，要过夜操作，在分离之后还需要进一步手工操作进行外泌体的检测。过滤法通常较为简便、快捷，但是由于各种细胞外囊泡尺寸重合，难以精准分离不同类型的外泌体。近年来也出现了一些基于沉淀法或亲和捕获法的外泌体提取试剂盒，但这些方法通常需要加样、清洗等多步手工操作。
微流控芯片技术是将化学或生物等领域的样品制备、分离、生化反应、检测等单元操作集成于几平方厘米或几十平方厘米的芯片上的技术，芯片上包含各种微管道、微腔室、微阀等，所操作的流体通常在微升或纳升级，具有样本和试剂消耗少、反应快、通量高、集成度高等特点。
发明内容
为了解决现有外泌体手工分离及检测的消耗时间长的问题，本实用新型提供一种外泌体分离、检测微流控装置。该外泌体分离、检测微流控装置能分离和检测外泌体，消耗时间短。
该外泌体分离、检测微流控装置能自动分离和检测外泌体，还解决了需要人手工操作外泌体分离及检测的问题。
该外泌体分离、检测微流控装置减少了外泌体分离和检测过程中手工操作步骤。
本实用新型提供一种外泌体分离、检测微流控装置，所述外泌体分离、检测微流控装置包括微流控芯片、控制模块、加样模块、运动模块、检测模块，所述微流控芯片设置在运动模块上，所述控制模块分别与所述加样模块、运动模块、检测模块连接；所述微流控芯片上设置有至少一个反应单元；所述微流控芯片上的反应单元依次包括反应室、虹吸阀、废液室；所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通。
进一步的，所述微流控芯片为圆芯片。
进一步的，所述微流控芯片上设置若干反应单元。
进一步的，所述反应室靠近圆芯片的圆心；所述废液室靠近圆芯片的外周缘。
采用现有的微流控芯片制备技术制备本实用新型中的微流控芯片，及微流控芯片上的反应单元。
进一步的，所述反应室的下方设置有检测孔；所述反应单元依次包括加样室、反应室、虹吸阀、废液室；所述加样室与反应室相连通，所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通。
进一步的，所述加样室靠近圆芯片的圆心；所述废液室靠近圆芯片的外周缘。
加样室与反应室分开设置，可以实现液体更可靠的控制。如果不设置加样室，样本直接加到反应室，样本液体可能会直接冲破虹吸阀向下流动。
进一步的，所述加样室与反应室通过微通道相连通。
进一步的，所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入玻璃微珠混悬液；之后，所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的玻璃微珠混悬液转移至反应室；
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入样品；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的样品转移至反应室，并将样品与玻璃微珠在反应室中混合并孵育，孵育之后，
所述控制模块控制加样模块向加样室加入清洗液，控制模块指示运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室；完成清洗后，
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入酶标抗体；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的酶标抗体转移至反应室；酶标抗体与样品在反应室进行反应，完成反应后，
所述控制模块控制加样模块向加样室加入清洗液，控制模块指示运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室；完成清洗后，
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入发光底物；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的发光底物转移至反应室；发光底物与酶标抗体在反应室中反应，完成反应后，
所述控制模块控制所述检测模块通过反应室下方的检测孔检测反应室中的发光强度，并折算成样品中外泌体的含量。
进一步的，所述加样室、反应室、和废液室设置有通气孔；或者，所述加样室、反应室和废液室之间设置有气体通路。
进一步的，所述虹吸阀为S型管道，所述S型管道包括第一弯道和第二弯道；所述S型的第二弯道的顶点在反应室的上方。所述第一弯道为虹吸阀靠近反应室的弯道，所述第二弯道为虹吸阀靠近废液室的弯道。
进一步的，所述加样室远离反应室的一端设置有加样孔。
进一步的，所述检测模块为光学检测模块。
进一步的，所述运动模块上设置有连接轴，所述微流控芯片的中心套在连接轴上；所述运动模块的连接轴转动时，所述微流控芯片随连接轴一起转动。
进一步的，所述反应单元是直接在微流控芯片上加工而成的；
或者，所述微流控芯片包括支承台和反应单元芯片，所述微流控芯片的支承台的中心套设在所述连接轴上；所述支承台上设置旋转中心卡槽，所述反应单元芯片与中心卡槽相连接；当支承台随连接轴转动，所述反应单元芯片随支承台一起转动；所述反应单元芯片上设置反应单元。
进一步的，所述微流控芯片的中心设置有固定的压片，或者中心处具有不规则孔，使得所述微流控芯片可以套在所述连接轴上。
进一步的，所述微流控芯片设有旋转中心卡槽及至少一个反应单元，所述反应单元设有加样孔、加样室、反应室、虹吸阀、废液室、第一通气孔、第二通气孔、第三通气孔，所述加样室、反应室、废液室以旋转中心卡槽为中心依次向外延伸排列，所述加样孔设置在加样室靠近旋转中心卡槽的一端，所述加样室通过微通道与反应室相连通，所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通，所述加样室设有第一通气孔，所述反应室设有第二通气孔，所述废液室设有第三通气孔。
进一步的，所述加样模块可以采用现有的自动取样和加样装置。
进一步的，所述加样模块包括加样针、机械臂、液体连接管路、储液罐、多通道可切换阀和蠕动泵，通过机械臂可以实现加样针位置的精准移动，通过切换阀可以实现蠕动泵与不同储液罐相连通，通过蠕动泵可以实现定量液体的吸入和喷出。
所述运动模块的核心是伺服电机，在电机上连接卡槽或连接轴，所述卡槽或连接轴用以固定微流控芯片，从而电机转动带动芯片旋转。
所述检测模块的核心是光电倍增管(PMT)模块，微流控芯片的反应室中的化学发光反应发出的光通过反应室下部的检测孔被PMT检测件接收，将光信号转化为电信号传给控制模块，通过数据分析，便可以得出待测样品中外泌体的含量。PMT位置不变，旋转芯片可以实现对每个反应单元的依次检测。
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入玻璃微珠、样品等所采用的程序与现有的自动取样和加样装置所采用的程序相同。
所述控制模块指示运动模块转动，即所述控制模块向运动模块的伺服电机发出不同的电信号，以启动或停止伺服电机，并控制伺服电机的正转和反转，控制伺服电机的转速。
所述控制模块控制所述检测模块检测反应室中的发光强度，所述控制模块向检测模块发出信号，启动检测模块，所述检测模块将检测到的光信号转化成电信号并把该电信号传给控制模块，控制模块接收到电信号后，通过数据分析将电信号折算成样品中外泌体的含量。可以通过现有已知技术为控制模块设计数据分析方法。
进一步的，所述微流控芯片设有旋转中心卡槽及多个反应单元，所述反应单元设有加样孔、加样室、反应室、虹吸阀、废液室、第一通气孔、第二通气孔、第三通气孔，所述加样室、反应室、废液室以旋转中心卡槽为中心依次向外延伸排列，所述加样孔设置在加样室靠近旋转中心卡槽的一端，所述加样室通过微通道与反应室相连通，所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通，所述加样室设有第一通气孔，所述反应室设有第二通气孔，所述废液室设有第三通气孔。进一步的，所述虹吸阀为S型管道，所述第一弯道为虹吸阀靠近反应室的弯道，所述第二弯道为虹吸阀靠近废液室的弯道。
进一步的，所述虹吸阀管径以小于玻璃微珠的直径为宜，通常小于200微米，优选为80-120微米，可以为80、90、100、110、或120微米。
进一步的，所述微流控芯片的材质选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、或聚乙烯中的一种或其中至少两种的组合。
进一步的，所述检测模块为光学检测模块。
进一步的，采用玻璃微珠实现样品中外泌体的捕获。
进一步的，所述的玻璃微珠上偶联有外泌体的抗体，例如，所述抗体为CD9抗体、CD63抗体或CD81抗体。
进一步的，所述的玻璃微珠直径可以为150、160、180、200、或210微米。
进一步的，所述控制模块控制加样模块通过加样孔向加样室加入玻璃微珠混悬液，所述玻璃微珠混悬液中的玻璃微珠偶联CD63和/或CD9抗体，所述玻璃微珠直径大于所述虹吸阀管径，所述控制模块控制运动模块旋转，从而带动所述运动模块上的微流控芯片离心旋转将玻璃微珠混悬液转移至所述反应室，所述控制模块控制加样模块通过所述加样孔对加样室加入样本(也称为样品)，所述控制模块控制运动模块旋转，从而带动运动模块上的微流控芯片离心旋转将所述样本转移至反应室，所述样本与玻璃微珠孵育，控制模块控制运动模块旋转，使样本与玻璃微珠充分混合，孵育结束后，所述控制模块控制加样模块通过加样孔向加样室加入清洗液，控制模块控制运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室。所述控制模块控制加样模块通过加样孔对向加样室中加入碱性磷酸酶标记CD63和/或CD9抗体，控制模块控制运动模块旋转将其转移至所述反应室与玻璃微珠孵育，控制模块控制运动模块旋转，使其所述碱性磷酸酶标记CD63和/或CD9抗体与玻璃微珠充分混合。孵育结束后，所述控制模块控制加样模块通过加样孔向加样室加入清洗液，控制模块控制运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室。所述控制模块控制加样模块通过加样孔向加样室中加入化学发光底物，控制模块控制运动模块旋转将其转移至反应室与玻璃微珠孵育，发生化学发光反应。反应结束之后，所述控制模块控制检测模块对反应室进行发光强度检测，确定样品中是否含有外泌体并能进一步确定样品中外泌体的含量。
本实用新型提供的微流控装置实现了外泌体的分离与检测或定量检测，本实用新型提供的微流控装置具有自动化、集成化程度高，手工操作步骤少，消耗的时间较短的有益效果。
附图说明
图1为本实用新型提供的外泌体分离、检测微流控装置结构示意图；
图2为本实用型提供的微流控芯片的俯视结构示意图；
图3为本实用型提供的微流控芯片上的一个反应单元的结构示意图。
其中，201为微流控芯片；101为旋转中心卡槽；102为加样孔；104为加样室；105为反应室；103为虹吸阀；106为废液室；101a为第一通气孔；101b为第二通气孔；101c为第三通气孔；205为控制模块；203为加样模块；202为运动模块；204为检测模块。
具体实施方式：
通过实施例及附图来详述本实用新型，如图1、图2所示，外泌体分离、检测微流控装置包括微流控芯片201、控制模块205、加样模块203、运动模块202、检测模块204，微流控芯片201设有旋转中心卡槽101及多个反应单元，每个反应单元设有加样孔102、加样室104、反应室105、虹吸阀103、废液室106、第一通气孔101a、第二通气孔101b、第三通气孔101c，所述加样室104、反应室105、废液室106以旋转中心卡槽101为中心依次向外延伸排列，外泌体分离、检测微流控装置由控制模块205操作而完成，机械加样模块203通过加样孔向加样室104中加入玻璃微珠混悬液，其中，玻璃微珠上偶联CD63抗体，通过运动模块202带动微流控芯片201离心旋转将玻璃微珠混悬液转移至反应室105，再经加样孔102向加样室104中加入样本并离心旋转将其转移至反应室105，与玻璃微珠孵育，通过不断低速顺时针旋转和逆时针旋转切换加强混合效果。孵育结束之后，经加样孔102向加样室104中加入清洗液，离心旋转将其转移至反应室105时，液体体积足量，高速离心旋转之后，反应室105中液体可通过虹吸阀103转移至废液室106，玻璃微珠直径大于虹吸管道管径而不能从反应室105中流出。重复清洗步骤两次。清洗之后，经加样孔102向加样室104中加入碱性磷酸酶标记的CD63抗体，离心旋转将其转移至反应室105，与玻璃微珠孵育，通过不断低速顺时针旋转和逆时针旋转切换加强混合效果。孵育结束之后，经加样孔102向加样室104中加入清洗液，离心旋转将其转移至反应室105时，液体体积足量，高速离心旋转之后，反应室105中液体可通过虹吸阀103转移至废液室106。重复清洗步骤两次。经加样孔102向加样室104中加入化学发光底物，离心旋转将其转移至反应室105，与玻璃微珠孵育，发生化学发光反应。反应结束之后，通过光学检测模块204对反应室105中的物质进行发光强度检测，以确定样品中外泌体的含量。
现有技术中，差速离心法是提取外泌体通常采用的方法，但是该方法中，在分离外泌体之前，要先低速离心去除死亡的细胞和大的细胞碎片，而对血清样品的超速离心分离外泌体的时间通常较长，要过夜操作，在分离之后还需要进一步手工操作进行外泌体的检测，消耗时间长。本实用新型提供的微流控装置所操作的流体通常在微升或纳升级，具有样本和试剂消耗少、反应快的特点，不需过夜操作，消耗的时间短。
应理解，此处的实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述外泌体分离、检测微流控装置包括微流控芯片、控制模块、加样模块、运动模块、检测模块，所述微流控芯片设置在运动模块上，所述控制模块分别与所述加样模块、运动模块、检测模块连接；所述微流控芯片上设置有至少一个反应单元；所述微流控芯片上的反应单元依次包括反应室、虹吸阀、废液室；所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通。
2.根据权利要求1所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述反应室的下方设置有检测孔；所述反应单元依次包括加样室、反应室、虹吸阀、废液室；所述加样室与反应室相连通，所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通。
3.根据权利要求2所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入玻璃微珠混悬液；之后，所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的玻璃微珠混悬液转移至反应室；
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入样品；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的样品转移至反应室，并将样品与玻璃微珠在反应室中混合并孵育，孵育之后，
所述控制模块控制加样模块向加样室加入清洗液，控制模块指示运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室；完成清洗后，
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入酶标抗体；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的酶标抗体转移至反应室；酶标抗体与样品在反应室进行反应，完成反应后，
所述控制模块控制加样模块向加样室加入清洗液，控制模块指示运动模块旋转将所述清洗液转移至所述反应室，所述反应室中液体通过所述虹吸阀转移至所述废液室；完成清洗后，
所述控制模块指示加样模块向反应单元的加样室中加入发光底物；所述控制模块指示所述运动模块转动，所述运动模块带动所述反应单元一起转动，将加样室中的发光底物转移至反应室；发光底物与酶标抗体在反应室中反应，完成反应后，
所述控制模块控制所述检测模块通过反应室下方的检测孔检测反应室中的发光强度，并折算成样品中外泌体的含量。
4.根据权利要求3所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述加样室、反应室、和废液室设置有通气孔；或者，所述加样室、反应室和废液室之间设置有气体通路。
5.根据权利要求3所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述虹吸阀为S型管道，所述S型管道包括第一弯道和第二弯道；所述S型的第二弯道的顶点在反应室的上方。
6.根据权利要求3所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述加样室远离反应室的一端设置有加样孔。
7.根据权利要求2所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述检测模块为光学检测模块。
8.根据权利要求1所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述运动模块上设置有连接轴，所述微流控芯片的中心套在连接轴上；所述运动模块的连接轴转动时，所述微流控芯片随连接轴一起转动。
9.根据权利要求8所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述反应单元是直接在微流控芯片上加工而成的；
或者，所述微流控芯片包括支承台和反应单元芯片，所述微流控芯片的支承台的中心套在所述连接轴上；所述支承台上设置旋转中心卡槽，所述反应单元芯片与中心卡槽相连接；当支承台随连接轴转动，所述反应单元芯片随支承台一起转动；所述反应单元芯片上设置反应单元。
10.根据权利要求1所述的外泌体分离、检测微流控装置，其特征在于，所述微流控芯片设有旋转中心卡槽及至少一个反应单元，所述反应单元设有加样孔、加样室、反应室、虹吸阀、废液室、第一通气孔、第二通气孔、第三通气孔，所述加样室、反应室、废液室以旋转中心卡槽为中心依次向外延伸排列，所述加样孔设置在加样室靠近旋转中心卡槽的一端，所述加样室通过微通道与反应室相连通，所述反应室通过虹吸阀与废液室相连通，所述加样室设有第一通气孔，所述反应室设有第二通气孔，所述废液室设有第三通气孔。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114200134A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-18 | 中国农业大学 | 用于微生物检测的自动化快速检测装置、***及方法 |
| WO2023115736A1 (zh) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 | 广州兆瑞医学生物科技有限公司 | 分离装置及胞外囊泡的提取方法 |
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2020
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