电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法，由PDMS盖片(1)与具有盖片形状和大小相适应的基片(2)键合而成，基片(2)上至少设置有一对微小电极(8)，盖片上有微流控管道，基片(2)上设置有微小电极的一面和与之形成接触的盖片上的微流控管道接触面对准键合，实现对微流控管道的封闭；微流控管道由进样口(4)、一根主管道(7)和出样口(3)组成，主管道(7)具有样品导入管道(10)、收缩检测管道(11)和最狭窄部位(5)。本发明专利技术避免了使用鞘流聚焦技术所必需的复杂管道和流体控制系统，优化的结构尺寸参数减小了管道尺寸缩小造成的流阻增大效应，同时又提高了检测的通量和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物细胞检测
，特别是涉及一种用于微小颗粒/生物细胞检测的微流控芯片的结构设计。
技术介绍
传统的库尔特计数器采用直流电信号对溶液中通过微孔的小颗粒进行检测，并发展为血细胞分析的仪器。另一种对微小颗粒/细胞进行检测的设备是流式细胞仪。流式细胞仪采用的是光学检测方式对颗粒进行检测，通常需要对被检颗粒进行荧光标记，而非标记的检测方法避免了对被测物的干扰和伤害，例如电阻抗检测就是非标记检测的一种。电阻抗检测与库尔特计数的方法差异主要是电阻抗检测采用了交流电激励信号而不是直流电信号。微流控电阻抗流式检测芯片就是将电阻抗的非标记检测与流式检测中控制流体中颗粒/细胞逐个有序通过检测部位的技术结合，在微流控芯片上实现小型化、集成化。现有对微小颗粒/细胞流式检测的微流控芯片通常是采用鞘流约束颗粒位置或者管道收缩来实现足够的检测灵敏度。鞘流聚焦约束颗粒位置的方案在传统流式细胞仪上广泛使用，在微流控芯片上也有人采用，如中国专利201210482142.7。但是鞘流技术增加了芯片的复杂性，对流体控制也增加了难度。中国专利201310283051.5就提出了一种无鞘流的微流控芯片上流式检测方案。在文献报道的微流控电阻抗流式检测芯片的管道收缩的方案中，通常是用一条较长的收缩管道(约5D～20D，D为细胞直径)来实现，电极位于收缩管道内部，或者远离收缩管道以较高的激励电压实现检测。这样的管道缺点在于，由于管道较长，流阻较大，要么管道较宽适当降低流阻，但牺牲了检测灵敏度，增加了多个颗粒/细胞在检测区域的可能性；要么缩窄管道，让管道宽度等于甚至小于颗粒/细胞外径以提高检测灵敏度，但流阻太大，检测通量很低，也容易堵塞管道。而电极如果远离检测部位，虽然可以通过提高激励电压来提高检测灵敏度，但是较高的电压有可能造成对细胞等被测颗粒的损害。本专利技术采用电阻抗检测方式实现微流控芯片上的流式检测，检测方法是非标记的，对细胞或微粒的状态没有影响，芯片结构和流体操作简单，同时能够满足较高的通量和检测灵敏度，是现有的技术形式的有益补充。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法，通过缩短最窄的检测管道的长度，从而大大减小了流阻的增大效应，同时又提高了检测的灵敏度。本专利技术的一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，所述微流控芯片的结构由盖片1和与具有盖片形状和大小相适应的基片2键合而成，盖片1位于基片2中央，基片2的边缘部分暴露在外，基片2上通过微电子加工有不少于两个微小电极8，盖片上有微小的翻模出来的微流控管道，基片2上设置有微小电极的一面和盖片上含微流控管道的接触面对准键合，实现对微流控管道的封闭，同时使微小电极8位于微流控管道底面；微流控管道由进样口4、一根直的主管道7、出样口3和组成，主管道7沿进样口到出样口中心的连线延伸，在连线两边呈对称的结构，从进样口到最狭窄检测部位5的中间段通过两处收缩部位12区分为样品导入管道10、用以引导被测颗粒/细胞在主管道7中央流动的收缩检测管道11和进一步收缩而形成的最狭窄部位5，所述最狭窄部位5位于所述微小电极8间隙的正中间，微小电极8在最狭窄部位5的两边对称分布；对分散到溶液中的微粒/细胞进行检测时，微粒/细胞能够实现逐个依次通过最狭窄的检测部位5，即流式检测的效果。所述微小电极8的宽度为管道最狭窄部位宽度的0.1～5倍，高度通常为几十纳米到几百纳米之间，用于检测电阻抗信号，通过识别阻抗信号上的脉冲对被测溶液中的微粒/细胞9进行计数、分析，微小电极8在管道最狭窄处暴露于管道溶液中，方向与管道方向垂直；电极暴露于管道溶液的部分是其工作区域，通过微电子加工的引线14把所述工作区域微米级宽度的微小电极连接到芯片边缘的焊盘13，从而可与检测电路相连。所述主管道最狭窄部位5的容积是被测颗粒/细胞体积的1～10倍，收缩检测管道11的宽度是最狭窄部位5的1.5～3倍，通过两处收缩部位12，管道宽度从进样口到最狭窄的检测部位5逐渐收窄。根据被测溶液中的微粒/细胞9的弹性，所述主管道7的长宽高尺寸设置为被测溶液中的微粒/细胞9直径的0.3～5倍，对于弹性大的被测溶液中的微粒/细胞9，尺寸适用小于1倍直径，对于弹性小的被测溶液中的微粒/细胞9，尺寸必须大于1倍直径。所述盖片1的进样口4与主管道7之间的位置设置有过滤微柱6，微柱之间构成网状管道，管道宽度和高度一般和最狭窄部位长宽高尺寸中的最小值一致，防止大的颗粒进入管道造成最狭窄处的堵塞。本专利技术的电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法，该方法包括：盖片1加工工艺流程、基片2加工工艺流程以及盖片和基片的键合工艺流程，其中：带有微流控管道的PDMS盖片加工工艺流程包括以下步骤：a.根据微流控管道结构设计的图案加工出掩模版；b.提供抛光平整的硅片或玻璃片基底，清洗干净；c.在抛光的基底上通过甩胶工艺均匀涂敷一层SU－8光刻胶，厚度即为所需要的管道的高度；d.在光刻机使用掩模版，利用紫外光对SU－8光刻胶层进行曝光；e.对曝光后的光刻胶进行显影，去除多余光刻胶，留下管道结构阳模具；f.利用加工出来的SU－8阳模具，将其四周用铝箔纸围起来构成用于浇筑翻模的模具；g.将PDMS预聚物和固化剂以10:1的比例混合均匀，抽真空后倒入浇筑模具，并在80度烘箱烘烤70分钟固化PDMS；h.将固化的PDMS从模具剥离，得到带有微流控管道的PDMS盖片；i.使用打孔器加工出进样口和出样口与微流控管道相连，备用。带有电极的基片加工工艺流程包括以下步骤：a.根据电极及其引线图案设计加工出掩模版；b.将抛光平整的硅片或玻璃片清洗干净；c.在抛光的基底上通过甩胶工艺均匀涂敷一层光刻胶；d.在光刻机使用掩模版，利用紫外光对光刻胶层进行曝光；e.对曝光后的光刻胶进行显影，去除多余光刻胶，留下具有电极及其引线图案结构模具；f.使用磁控溅射工艺先后在光刻后的基片上依次溅射厚度为10～100纳米的钛以及厚度为10～400纳米的金或铂；g.使用丙酮去掉光刻胶以及光刻胶上面的金属层，形成金或铂电极图案，从而加工出一面带有电极(8)、引线(14)和焊盘(13)的基片；带有微流控管道的盖片和带电极的基片的高精度对准、不可逆键合加工工艺流程包括以下步骤：a.将盖片1和基片2都清洗干净并吹干；b.根据盖片面积准备一滴溶剂；c.用表面等离子体清洗机对盖片和基片进行处理约10～100秒；d.将溶剂滴加到有电极的一面朝上放置的基片上，涂匀，再将盖片有微流控管道的一面朝下放置在基片上，让溶剂保护盖片和基片的接触面，避免直接接触导致基片与盖片快速键合；e.在显微镜下观察并调整盖片在基片上的位置，使管道和电极的位置实现精确对准，其中管道的最狭窄部位处于一对微电极间隙的中央，电极在其两端对称分布，电极暴露到管道中且与管道的两个竖直的侧壁均有接触，电极长度方向与管道长度方向基本垂直，最终的误差小于5微米；f.静置1～30分钟，让溶剂蒸发，盖片和基片初步键合，位置基本固定；g.将初步键合的芯片放置到50～80度烘箱烘烤30～60分钟，实现牢固键合。本专利技术的一种PDMS微流控芯片的键合工艺方法，该方法包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的结构由盖片(1)和与具有盖片形状和大小相适应的基片(2)键合而成，盖片(1)位于基片中央，基片(2)的边缘部分暴露在外，基片(2)上通过微电子加工有不少于两个微小电极(8)，盖片上有微小的翻模出来的微流控管道，基片(2)上设置有微小电极的一面和盖片上含微流控管道的接触面对准键合，实现对微流控管道的封闭，同时使微小电极(8)位于微流控管道底面；微流控管道由进样口(4)、一根直的主管道(7)和出样口(3)组成，主管道(7)沿进样口到出样口中心的连线延伸，在连线两边呈对称的结构，从进样口到最狭窄检测部位(5)的中间段通过两处收缩部位(12)区分为样品导入管道(10)、用以引导被测颗粒/细胞在管道中央流动的收缩检测管道(11)和进一步收缩而形成的最狭窄部位(5)，所述最狭窄部位(5)位于所述微小电极(8)间隙的正中间，微小电极(8)在最狭窄部位(5)的两边对称分布；对分散到溶液中的微粒/细胞进行检测时，微粒/细胞能够实现逐个依次通过最狭窄的检测部位(5)，即流式检测的效果。

【技术特征摘要】
1.一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的结构由盖片(1)和与具有盖片形状和大小相适应的基片(2)键合而成，盖片(1)位于基片中央，基片(2)的边缘部分暴露在外，基片(2)上通过微电子加工有不少于两个微小电极(8)，盖片上有微小的翻模出来的微流控管道，基片(2)上设置有微小电极的一面和盖片上含微流控管道的接触面对准键合，实现对微流控管道的封闭，同时使微小电极(8)位于微流控管道底面；微流控管道由进样口(4)、一根直的主管道(7)和出样口(3)组成，主管道(7)沿进样口到出样口中心的连线延伸，在连线两边呈对称的结构，从进样口到最狭窄检测部位(5)的中间段通过两处收缩部位(12)区分为样品导入管道(10)、用以引导被测颗粒/细胞在管道中央流动的收缩检测管道(11)和进一步收缩而形成的最狭窄部位(5)，所述最狭窄部位(5)位于所述微小电极(8)间隙的正中间，微小电极(8)在最狭窄部位(5)的两边对称分布；对分散到溶液中的微粒/细胞进行检测时，微粒/细胞能够实现逐个依次通过最狭窄的检测部位(5)，即流式检测的效果。2.如权利要求1所述的一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，所述微小电极(8)的宽度为管道最狭窄部位宽度的0.1～5倍，高度通常为几十纳米到几百纳米之间，用于检测电阻抗信号，通过识别阻抗信号上的脉冲对被测溶液中的微粒/细胞(9)进行计数、分析，微小电极(8)在管道最狭窄处暴露于管道溶液中，方向与管道方向垂直；电极暴露于管道溶液的部分是其工作区域，通过微电子加工的引线(14)把所述工作区域微米级宽度的微小电极连接到芯片边缘的焊盘(13)，从而可与检测电路相连。3.如权利要求1所述的一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，所述主管道最狭窄部位(5)的容积是被测颗粒/细胞体积的1～10倍之间，收缩检测管道(11)的宽度是最狭窄部位(5)的1.5～3倍，通过两处收缩部位(12)，管道宽度从进样口到最狭窄的检测部位(5)逐渐收窄。4.如权利要求1所述的一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，根据被测溶液中的微粒/细胞(9)的弹性，所述主管道(7)的长宽高尺寸设置为被测溶液中的微粒/细胞(9)直径的0.3～5倍，对于弹性大的被测溶液中的微粒/细胞(9)，尺寸适用小于1倍直径，对于弹性小的被测溶液中的微粒/细胞(9)，尺寸必须大于1倍直径。5.如权利要求1所述的一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片，其特征在于，所述盖片(1)的进样口(4)与主管道(7)之间的位置设置有过滤微柱(6)，微柱之间构成网状管道，管道宽度和高度一般和最狭窄部位长宽高尺寸中的最小值一致，防止大的颗粒进入管道造成最狭窄处的堵塞。6.一种电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括：盖片(1)加工工艺流程、基片(2)加工工艺流程以及盖片和基片的键合工艺流程，其中：带有微流控管道的PDMS盖片加工工艺流程包括以下步骤：a.根据微...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢新武，程振，徐友春，田丰，徐新喜，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所，清华大学，
类型：发明
国别省市：天津;12