DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 08. 004

张会寅，郭钟宁，邓宇，等. 基于惯性聚焦的细胞计数微流控芯片［J］ . 机电工程技术，2020，49（08）：14-16.

基金项目：佛山市科技创新团队项目（编号：2015IT100162）

 

基于惯性聚焦的细胞计数微流控芯片*
张会寅1,2,3，郭钟宁1,2,3，邓宇1,2,3，黄志刚1,2,3，邬泽聿1,2,3
（1. 广东工业大学机电工程学院， 广州510006；2. 广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室， 广州
510006；3. 广州市非传统制造技术及装备重点实验室， 广州510006）

摘要：细胞计数目前最精准的计数方法为流式计数，其原理是先将细胞聚焦成线，使其单个通过检测位，实现细胞绝对计数。现有的细胞聚焦方式为鞘液聚焦，需要复杂的进液系统。因此，利用惯性聚焦替代鞘液聚焦，设计合理的正弦型惯性聚焦流道，通过惯性力与迪恩拽力将粒子进行汇聚。利用聚苯乙烯微球模拟细胞，进行流体聚焦实验。实验结果表明：设计的惯性聚焦流道在550 μL/min 的流速下，能实现7 μm 、10 μm 、12 μm 混合微球的惯性聚焦。
关键词：惯性聚焦；细胞计数；微流控
中图分类号：O357.2   文献标志码：A   文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 08－0014－03

 

Cell Counting Microfluidic Chip Based on Inertial Focus
Zhang Huiyin1, 2, 3，Guo Zhongning1, 2, 3，Deng Yu1, 2, 3，Huang Zhigang1, 2, 3，Wu Zeyu1, 2, 3
（1. School of Electromechanical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China; 2. State Key Laboratory of
Precision Electronic Manufacturing Technology and Equipment, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;
3. Guangzhou Key Laboratory of Nontraditional Machiningand Equipment, Guangzhou 510006, China）

Abstract: Cell counting is currently the most accurate counting method by flow counting. The principle is to first focus the cells into a line so that they individually pass through the detection position to achieve absolute cell counting. The existing cell focusing method requires a complex liquid feeding system for sheath fluid focusing. Using inertial focusing instead of sheath focusing, a reasonable sinusoidal inertial focusing channel was designed, and particles were converged by inertial force and Dean drag force. Polystyrene microspheres were used to simulate cells and fluid focusing experiments were performed.Experiment results show that the designed inertial focusing channel can achieve inertial focusing of 7 μm, 10 μm, 12 μm hybrid microspheres at a flow rate of
550 μL / min.
Key words: inertial focus; cell count; microfluidics

 

引言
细胞计数在医学、农业、环境评估、食品生产等领域有着广泛的应用[1-4]。细胞计数的其中一个应用为牛奶体细胞计数。一般情况下，即使是健康的奶牛，生产的牛奶也含有少量乳腺凋亡的细胞。如果牛奶中的体细胞浓度增大，那么奶牛患乳房炎的概率将大大增加。而且牛奶中的体细胞增多，对牛奶的口感和质量影响很大[5]。目前细胞计数的方法有显微计数法、图像计数法[6]、阻抗计数法[7]、流式计数法[8]等。其中阻抗计数法和流式计数均为绝对计数，即细胞逐个通过检测位，相关传感器检测到细胞通过而计数。因此如何使细胞单个通过检测位置和精确感应单个细胞信号是细胞计数精度的关键。
微流控芯片即芯片上的实验室，力图将传统检测微型化、自动化、便携化。微流控技术中，有一种被动粒子控制技术叫惯性聚焦，带有微米级粒子通过设计的流道即可实现粒子的排序。然而惯性聚焦对粒子大小的选择性较大，不同粒径大小的粒子在同一流速下，通常聚焦的位置是不一样的，因此很多人利用这一特性进行粒子分选。也有人提出使用惯性聚焦作为细胞计数的细胞聚焦方式，研究单一粒径的微粒子模拟细胞聚焦的可行性[9]。然而一般情况下细胞的大小
是有差别的，单一粒径微球的聚焦模拟实验并不能完全代表实际情况。
本文根据细胞大小及惯性聚焦理论设计惯性聚焦微流道，然后以极限尺寸以及平均细胞大小的聚苯乙烯微颗粒探究聚焦规律。利用得出的单一粒子的聚焦规律，选择合适的流速，用混合粒子验证聚焦效果。

结束语
采用实验方法，研究单一粒子在惯性聚焦流道中，不同流速的情况下，粒子的聚焦宽度及聚焦轨道位置。另外混合多种粒子实验，验证了多粒子在同一惯性聚焦流道聚焦的可行性。
（1） 同一粒子在同一惯性聚焦流道中聚焦，流速到达一定值才能实现可靠聚焦；粒子直径越小，需要的流速越高；流速越高，粒子的聚焦宽度越大；聚焦的中心位置，越偏离流道内侧壁。
（2） 混合粒子在设计的流道能实现稳定间距聚焦，其轨道可以通过粒子单一粒子的轨道的叠加预测聚焦轨道和宽度。和传统的细胞计数流道相比，本流道可以实现鞘液聚焦的效果，为细胞绝对计数提供基础，省去鞘液的注射，简化细胞计数液路。