專利名稱：硅微通道陣列紅細胞流變分析方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于血液的測試、分析領域，具體涉及一種測定紅細胞變形性的方法和裝置。
背景技術：
目前國際上測定紅細胞變形性的技術主要有以下幾種1.微吸管法，在恒定的負壓下測定微吸管所吸入紅細胞部分的長度，以此確定紅細胞的力學性質和變形性能。由于該方法只對單個紅細胞進行測量，操作復雜、費時，不宜推廣。
2.激光衍射法將血樣放入流動室內，由于切向應力引起紅細胞變形，測量變形期間透過激光強度和紅細胞的長寬比來確定紅細胞的變形性。該方法只能測量群體紅細胞的變形性能，且儀器的造價非常昂貴。
3.過濾法在一定的溫度和壓強下，測量一定體積的紅細胞懸浮液通過濾膜、金屬篩等具有過濾作用的器具來測定紅細胞的變形性。該方法采用的濾膜加工穩定性難以保證，濾孔大小不均，影響重復性。
4.電導法紅細胞具有變形能力，因此紅細胞在流場中pH可發生定向排列從而引起細胞懸浮液電導率的改變，所以電導率可以表征出紅細胞的變形性。該方法也無法實時觀察紅細胞的變形情況。
總之，迄今為止用以觀察紅細胞變形性的方法都有待完善，尚沒有一種方法既可以通過簡易的顯微成像系統直接觀察紅細胞變形過程，又同時提供單個和群體紅細胞變形情況的參數，給臨床診療提供更豐富的流變學信息。
發明內容
本發明的目的是提供一種更為完善的紅細胞變形性檢測方法和裝置，它可通過顯微鏡直接觀察細胞變形情況，可通過計算機圖像分析測量單個紅細胞變形性，并通過流路總體參數得到群體紅細胞變形性分布，該方法測量簡單，并可獲得較多的流變學信息，可廣泛適用于臨床。
正常紅細胞具有高度的變形能力，能較快通過比其直徑小得多的毛細血管。但在各種原因造成變形性減低的情況下，紅細胞通過毛細血管的時間會增長，甚至發生堵塞。本發明是結合MEMS加工技術，按紅細胞變形性檢測要求，在硅片上蝕刻平行微通道模擬毛細血管網絡。因為在相同壓力驅動下，變形性不同的紅細胞通過通道的時間也不同，這樣單個紅細胞通過通道的時間可由圖像分析系統測量，整個流路中流量變化又可反映群體紅細胞變形性的情況。
成熟的硅片加工技術保證了通道尺寸的精確控制，精度可達亞微米級，通道尺寸也可根據不同需要靈活設計，并且成本低廉。微通道芯片設計為表面開放式結構，可以通過顯微成像系統直接觀察紅細胞變形情況，便于圖像的采集和分析。
本發明具體技術方案如下作為核心部分的微通道陣列芯片封閉在基座中，微通道陣列芯片通過基座的兩個出口分別連接進樣管道和廢液腔，進樣管道上連有檢測流速的光電管陣列。進樣通道的尾部是一個由三通閥控制的樣品槽和緩沖液槽，兩個槽共同連接一個緩沖腔和正壓泵，緩沖腔的另一個出口連接一個減壓閥，緩沖腔內設置壓力傳感器，光電管陣列和壓力傳感器通過模入模塊與計算機連接。芯片基座的上方是一個觀察平面，連接顯微鏡頭，顯微鏡外連圖像采集設備和計算機。
當檢測開始時，三通閥切換到樣品槽、緩沖液槽、進樣管道都相通的狀態，正壓泵通過緩沖腔驅動樣品槽中的紅細胞標本于緩沖液槽中的緩沖液混合后流經速度檢測器，最后進入芯片。緩沖腔內的壓力傳感器通過計算機即時顯示通道內壓力情況，通過減壓閥調節流路壓力，達到檢測需要的壓力范圍。顯微鏡下實時觀察紅細胞變形情況，同時信號采集記錄系統開始工作a.圖像數據經安裝在顯微鏡上的CCD攝像頭在所連監視器的監視下，攝取標本細胞通過微通道的過程圖像并輸入計算機進行圖像存儲及分析，b.流量數據經進樣流路上設置的光電管陣列檢測樣品流量，將細胞通過芯片系統過程中流量的變化經放大后輸入計算機。最后計算機上完成數據綜合分析的工作。檢測完畢，三通閥切換到緩沖液槽，正壓驅動緩沖液清洗流路和芯片。
本發明的優點是1.可由顯微鏡直接觀察通道附近及通道中細胞變形及流動情況；2.能夠測量單個紅細胞變形性的精確數據，也可獲取群體紅細胞變形性的分布狀況；3.MEMS技術加工的微通道尺寸可精確控制，通道形狀及尺寸可靈活設計；4.模擬毛細血管的微通道作為探測器，實驗條件基本上模擬體內條件，能直觀反映微循環狀態。
圖1是微通道陣列芯片結構局部示意2是數據(信號)采集處理系統的示意圖，其中圖A是圖像數據采集處理系統，圖B是壓力-電信號和脈沖信號采集處理系統圖3是整體裝置的結構示意圖
具體實施例方式
下面結合各示意圖詳細說明實現本發明的具體裝置以及方法實現的具體過程圖1是微通道陣列芯片7的局部示意圖，其矩形通道如圖中A所指之處，其寬度5um，深度5.2um，長度30um，是采用MEMS加工技術，按紅細胞變形性檢測要求，模擬毛細血管網絡，在硅片上蝕刻而成的。
在圖2的A圖中，金相顯微鏡9經光學接口與CCD攝像頭10連接，CCD攝像頭經視頻輸出線與視頻采集卡13相連，CCD攝像頭10經金相顯微鏡9攝取紅細胞過孔變形過程的圖像資料通過視頻采集卡13輸入到計算機14進行圖像存檔和圖像處理；圖B中，正壓泵1產生的壓力傳到緩沖腔16，緩沖腔16與壓力傳感器11的壓感測定端連接，壓力傳感器11輸出端與模入模塊12相連，進行壓力信號的放大、A/D轉換處理后輸入計算機14進行數據處理。當正壓泵1產生的壓力高于我們設定的壓力時，通過減壓閥15釋放壓力。同時，當血液流過紅外光電陣列5所產生的脈沖信號也輸入模入模塊12，再由模入模塊12輸入計算機14進行信號分析和后續處理。
圖3是裝置的整體結構示意圖。紅細胞懸浮液放置于樣品槽2中，緩沖液放置于緩沖液槽3中，樣品槽2和緩沖液槽3通過三通閥4與芯片基座6的內部小通道相連，芯片基座6的內部小通道與微通道陣列芯片7的底部小孔相連。在正壓泵1產生的壓力驅動下，樣品槽2的紅細胞懸浮液流過三通閥4的A端，緩沖液槽3中的緩沖液流過三通閥4的B端，兩種液體在三通閥4的C端混合。在壓力驅動下，經過進樣管道17流入檢測微通道陣列芯片7，檢測后的廢液流入廢液池8。其工作過程就如圖2所顯示將紅細胞流過微通道陣列芯片通道變形的過程的圖像資料通過CCD攝像頭10和視頻采集卡輸入計算機14，經過圖像處理程序對細胞過通道的過程進行實時的觀測和動態的圖像分析。同時，正壓泵1的壓力-電信號以及紅細胞懸浮液通過光電陣列5產生的脈沖信號也實時的輸入到計算機14，經過內設處理程序進行紅細胞流變特性動態實時的測定和分析。
權利要求
1.硅微通道陣列紅細胞流變分析方法，方法是采用MEMS加工技術在硅片上蝕刻平行微通道模擬毛細血管網絡，形成微通道陣列芯片，在與芯片相連的進樣管道中檢測進樣流速，并檢測和控制進樣通道的壓力，同時采集通過微通道陣列芯片的樣品的圖像，上述檢測信息提供給計算機分析，由紅細胞通過微通道的時間可得到單個紅細胞變形能力的大小，同時通過流路中總體流量變化反映群體紅細胞的變形性情況。
2.硅微通道陣列紅細胞流變分析裝置，其特征在于它有一個基座，基座內封閉有模擬毛細血管網絡的微通道陣列芯片，微通道陣列芯片通過基座的兩個出口分別連接進樣管道和廢液腔，進樣管道上連有檢測流速的光電管陣列，進樣通道的尾部是由三通閥控制的樣品槽和緩沖液槽，兩個槽共同連接一個緩沖腔和正壓泵，緩沖腔的另一個出口連接一個減壓閥，緩沖腔內設置壓力傳感器，光電管陣列和壓力傳感器通過模入模塊與計算機連接；基座的上方是一個觀察平面，連接顯微鏡頭，顯微鏡外連圖像采集設備和計算機。
3.根據權利要求1所述的分析裝置，其特征在于所述的微通道陣列芯片是采用MEMS加工技術，在硅片上蝕刻5um寬，5.2um深，30um長的平行微通道模擬毛細血管網絡。
全文摘要
本發明提供一種基于硅微通道陣列芯片的紅細胞變形性分析方法，它是采用MEMS加工技術在硅片上蝕刻平行微通道陣列，模擬毛細血管網絡的芯片，在與芯片相連的進樣通道上檢測進樣流速，并檢測和控制進樣通道的壓力，同時采集通過微通道陣列芯片的樣品的圖像，上述檢測信息提供給計算機分析，即測得單個紅細胞和群體紅細胞的變形性的情況。發明還提供實現本方法的裝置，由封閉于基座中的微通道陣列芯片與流路控制系統連接，流路中有速度檢測器、壓力泵、壓力傳感器等，壓力傳感器和速度檢測器分別外接計算機接口。并由顯微鏡連接圖像采集裝置采集標本流經芯片時的圖像信息，交由計算機分析處理。本系統模擬毛細血管網絡，可視化構造，可檢測單個和群體紅細胞流變情況，為臨床診療提供更豐富的流變學信息。
文檔編號G01N33/49GK1811425SQ20061005406
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月28日 優先權日2006年1月28日
發明者鄭小林, 張文獻, 彭承琳, 楊軍, 侯文生, 王煉, 姜海, 翁璇 申請人:重慶大學