科创中国

 技术领域：

[0002] 本发明专利涉及一种三维缩扩微流控器件及方法，尤其适用于一种肿瘤研究领域中无需借助鞘液流及外场力条件下使用的多向诱导Dean流的三维缩扩微流控器件及方法。

[0003] 背景技术：

[0004] 随着时代的发展，恶性肿瘤已经成为影响人类公共健康的重大问题，人民对健康幸福生活的追求与医疗诊断资源相对匮乏之间的矛盾日益突出。现场即时诊断(Point-of-care testing, POCT)仪器，因具有检测装置微型化、操作过程简单化、诊断结果即时化及检测费用平民化等独特优势，在完善资源匮乏地区医疗建设、应对突发事故灾害和推动家庭护理诊断等领域具有广阔应用前景，是解决上述矛盾的有力工具。依托先进微结构加工工艺，微流控(Microfluidic)技术通过微米级流道精确操控微升、毫升级别样品，是开发新一代POCT仪器的主流技术。

[0005] 作为POCT仪器重要前处理单元之一，样品预聚焦的精度将直接制约检测仪器的性能指标。现有的微流控聚焦技术据操控机制的不同可概括为以下三类：第一类是从传统宏观方法演化而来的鞘液夹流技术；第二类是基于电、磁、声、光等外场的主动聚焦技术；第三类是基于复杂形态微流道诱导流体，并通过流体自身作用操控粒子的被动聚焦技术。对细胞检测而言，理想的粒子聚焦器件应具有：①操作简单，②无需鞘液流辅助，③聚焦流束窄，④聚焦位置远离流道壁面，⑤处理通量高等特点。各国学者虽已在微流控聚焦领域取得突出成就，但实现一种微流控聚焦器件能同时兼具上述优势仍存在巨大挑战：如鞘液夹流技术面临高通量鞘液流的引入，且应用于微流控芯片中粒子聚焦多呈二维平面状态；主动聚焦技术则需要庞大、昂贵的外部设备，且一般通量较低，操作繁琐。相较而言，作为一种典型的被动聚焦技术，惯性微流控(Inertial Microfluidic)巧妙利用微尺度流体的惯性效应(惯性迁移及横截面Dean流)实现粒子运动状态及平衡位置的精确操控，具有流道结构简单，无需鞘液夹流，无需借助外场力以及处理通量高等显著优势，是近年来得到广泛关注的一种微纳米生物粒子操控方法。

[0006] 然而，现有的惯性聚焦技术大多是将粒子排布于两个或两个以上平衡位置，且聚焦平衡位置贴近流道壁面，传统单侧或平面对称双侧缩扩流道、螺旋流道及非对称正弦流道等结构仅能在主流道截面的横向方向上诱导生成一组Dean涡流，致使粒子聚焦存在两个平衡位置，且平衡位置贴近壁面，易产生壁面对检测光束的散射，限制了传统流式细胞术或其它光学检测手段的应用。鉴于此，本发明专利设计一种三维缩扩新型结构，并据此提出一种多向诱导Dean流操控生物粒子单列、截面中心位置聚焦方法，可为血液中肿瘤细胞的精准检测提供重要样品预聚焦单元，以简单流道结构及操控方法实现流式检测精度和灵敏度的大幅提升。

[0007] 发明内容：

[0008] 发明专利目的：针对上述技术中的不足之处，提供一种克服现有惯性微流控器件在操控粒子聚焦时存在多个聚焦平衡位置且平衡位置贴近流道壁面的不足，实现生物细胞在流道截面中心位置处的单列精准聚焦，为高精度流式检测提供重要样品预聚焦单元的多向诱导Dean流的三维缩扩微流控器件及方法。

 有益效果：本发明通过在主流道的侧面及顶部同时设置凸起阵列，可在主流道截面的横向及纵向方向上同时诱导生成Dean涡流，多向Dean涡流耦合后形成一种全新的复杂Dean涡流模式，从而高效操控生物细胞，实现生物细胞单列、截面中心位置精准聚焦；生物细胞单列聚焦可确保每一细胞粒子均经过检测系统激发光束焦点处；聚焦位置位于流道截面中心处可有效避免流道壁面对检测系统光束的散射，从而大幅提升光学检测的精度及灵敏度，为高精度流式检测提供重要的样品预聚焦单元；此外本发明无需借助鞘液夹流或外场力，成本低、操作简单、易集成微型化的优点，可广泛用于临床诊断、生物学研究、生化分析等领域，尤其适用于血液中循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells, CTCs）的早期检测方面。