一种微流控芯片及其制备方法、应用技术

本发明专利技术所述的一种微流控芯片及其制备方法、应用，包括微流控基板，微流控基板上设置至少一个样品通道，每个样品通道上设置至少三个超声换能装置；其中，至少一个超声换能装置设置在样品通道的上方，至少一个超声换能装置设置在样品通道的侧部；上述超声换能装置组列产生的声波在样品通道内能够形成稳定的声场，而中心位置处的声场最弱，受到的声场作用力最小，有利于细胞等微颗粒的二维聚焦，使其聚焦在样品通道的中心处，保证在样品通道内形成单细胞流，细胞呈逐个排列进入流式细胞仪检测的检测位置，实现提高检测精度、灵敏度和效率的作用，同时还可以分析高通量的样品，且保证检测精度和高灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片及其制备方法、应用
本专利技术属于流式细胞筛查领域，具体涉及一种微流控芯片及其制备方法、应用。
技术介绍
流式细胞仪能够对每个细胞进行多种定量分析，是在血液、骨髓等组织中检测稀有细胞的有力工具。当样本溶液进入到流式细胞仪时，细胞在管道内呈三维空间的随机分布，使细胞逐个穿过激光束，才能保证数据采集的准确性。目前，传统的流式细胞仪通过流体动力聚焦技术实现细胞在管道内逐个穿过激光束，即通过鞘液带动细胞并将其限制在管道的中心位置，建立起单细胞流。但是稀有细胞的检测往往需要大量样本才能采集到足够的数据，而传统的流体动力聚焦技术此时则遇到了限制，因为大样本意味着处理时间长，若减少时间，则需要加快进样速率，样本流速的提高会增大样本流的宽度，造成细胞偏离激光中心甚至发生淤积，使得细胞的聚焦效果下降，而细胞偏离激光中心越远，激发光强度变化就越大，CV值也越高，造成检测灵敏度的下降。因此，传统方法的分析通量和分析精度之间存在着较大的矛盾关系。与传统流体动力聚焦不同的是，声波聚焦技术利用超声波将细胞紧密聚集在样本流中间，汇聚成一条直线。这种技术基本不受进样速率的影响，能使细胞强聚焦于激光检测点，与样本-鞘液的比率无关，不论样本流与鞘液流的比例如何，都能使细胞紧密地聚集于激光检测焦点，避免分散。这样可以采集更多光子，在极高的样本通量下保证高精度分析。此外，声波聚焦流式细胞仪处理全血样本可省去样本制备的步骤，既没有样本损失，也不会影响数据质量。因此，目前声波聚焦技术越来越广泛的应用于流式细胞筛查领域。微流控(Microfluidics)芯片技术通过微纳技术在芯片上形成微管道(尺寸为数十到数百微米)，可用于处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)，借助其独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。因其具有微型化、集成化等特征，微流控装置非常适合于流式细胞仪的细胞分析之中。综合声波聚焦技术和微流控芯片的优势，越来越多的技术人员将声波聚焦技术与微流控技术结合并应用于流式细胞仪之中，以实现高通量、高精度、和高灵敏度的流式细胞筛查。如中国专利文献CN101881779A公开的一种超声驻波式微流控芯片及其制备方法，该芯片由载玻片、微流控芯片、印刷电路板(PCB板)、压电陶瓷和控制电路所构成，微流控芯片结构中包含有驻波反应腔，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)液态预聚物通过阳模模板固化成型，并在其固化前将载玻片放置其上，待其固化连为一体后脱模；PCB板的正面镀有一层导电层，其通过该导电层和微流控芯片的非载玻片面与微流控芯片连成一体，且在PCB板的正面设置有与微流控芯片结构相对应的孔位，其对应驻波反应腔的孔位安装有压电陶瓷；控制电路布设在PCB板的背面。上述方案中即将声波聚焦技术与微流控技术结合实现对细胞等生物活体样品的分离、捕获和操纵，然而由于上述方案中的微流控芯片中采用压电陶瓷片作为超声驻波的声源，输出的声波频率较小，而且当样品经过驻波反应腔时，其对样品的聚集仅是一个方向的聚焦，导致声波对于高通量的样品中的细胞等微颗粒的聚焦能力有限，不能完全的将高通量的样品中的细胞完全聚焦于管道的中心点进行检测，影响检测的精度和灵敏度，分析高通量效果较差。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的超声驻波式微流控芯片微流控芯片用于流式细胞检测时，分析样品的通量不高和检测精度和灵敏度低，从而提供一种流式细胞检测时分析通量高、检测精度和灵敏度高的微流控芯片及其制备方法和应用。为此，本专利技术提供了一种微流控芯片，包括微流控基板，所述微流控基板上设置至少一个样品通道，沿着所述样品流动方向每个所述样品通道上设置至少三个超声换能装置；其中，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道的上方，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道的侧部。所述的微流控芯片，设置在所述样品通道的上方的所述超声换能装置为纵向超声换能装置，设置在所述样品通道的侧部的所述超声换能装置为横向超声换能装置，沿着所述样品流动方向所述纵向超声换能装置和所述横向超声换能装置交错分布在所述样品通道上。所述的微流控芯片，沿着所述样品流动方向相邻的两个所述超声换能装置之间的间距小于1mm。所述的微流控芯片，所述样品通道的截面为矩形，所述样品通道的宽度为700-800微米，所述样品通道的高度为200-300微米。优选的，所述样品通道的宽度为750微米，所述样品通道的高度为250微米。本专利技术提供了一种制备所述的微流控芯片的方法，包括如下步骤：采用湿法刻蚀方法制备包括至少一个第一凹槽的微流控基板，在每个所述第一凹槽的侧部切割至少一个第二凹槽，然后将横向超声换能装置固定安置在所述第二凹槽中，然后在所述第一凹槽上粘接盖板，所述第一凹槽形成样品通道，所述样品通道的两端分别设有样品进口和废液出口，在与所述样品通道正对的所述盖板上方固定连接纵向超声换能装置，即得所述微流控芯片。本专利技术还提供了一种利用所述的微流控芯片进行细胞筛查的方法，取待测的样品悬浊液通入所述样品通道，分别经过所述纵向超声换能装置和所述横向超声换能装置的聚焦，聚焦后的所述样品悬浊液经流式细胞仪检测。所述样品悬浊液为细胞或其他微颗粒构成的悬浊液。所述的细胞筛查的方法，所述纵向超声换能装置的聚焦声波频率为2.5-3.5MHz，所述横向超声换能装置聚焦声波频率为N*(0.8-1.2)MHz，所述N为横向超声换能装置在所述样品通道形成的驻波波节个数，所述驻波波节个数即为样品悬浊液中的微颗粒在样品通道中形成的单粒子流或单细胞流的数目；优选的，所述纵向超声换能装置的聚焦声波频率为3MHz，所述横向超声换能装置聚焦声波频率为N*1MHz。所述的细胞筛查的方法，所述超声换能装置输入功率为13-17W；优选的，所述超声换能装置输入功率为15W。优选的，所述压电陶瓷层采用PZT4或PZT8压电材料制成。所述的细胞筛查的方法，所述样品悬浊液的通量为0.8-1.2mL/min；优选的所述样品悬浊液的通量为1mL/min。所述的细胞筛查的方法，所述样品悬浊液浓度为(105-107)个/mL，所述N≤10。优选的，所述样品悬浊液浓度为106个/mL，所述N为3。本专利技术技术方案，具有如下优点：(1)本专利技术所述的微流控芯片，包括微流控基板，所述微流控基板上设置至少一个样品通道，每个所述样品通道上设置至少三个超声换能装置；其中，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道的上方，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道的侧部；通过在所述样品通道的上方设置至少一个超声换能装置，在所述样品通道的侧部设置至少一个超声换能装置，上述超声换能装置组列产生的声波在样品通道内能够形成稳定的声场，而中心位置处的声场最弱，受到的声场作用力最小，这样的声场非常有利于细胞等微颗粒的二维聚焦，使其聚焦在样品通道的中心处，保证在样品通道内形成单粒子流或单细胞流，细胞或其他粒子呈逐个排列进入流式细胞仪检测的检测位置进行检测，实现提高检测精度、灵敏度和效率的作用，同时由于在样品通道侧部设置超声换能装置，可以根据需要调整该超声换能装置的频率，使其在所述样品通道内的横向方向形成多个驻波波节，将高浓度的样品在所述样品通道的中心处的横向方向形成多个单细胞流或单粒子流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片，包括微流控基板(1)，其特征在于，所述微流控基板(1)上设置至少一个样品通道(2)，每个所述样品通道(2)上设置至少三个超声换能装置；其中，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道(2)的上方，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道(2)的侧部。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，包括微流控基板(1)，其特征在于，所述微流控基板(1)上设置至少一个样品通道(2)，每个所述样品通道(2)上设置至少三个超声换能装置；其中，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道(2)的上方，至少一个所述超声换能装置设置在所述样品通道(2)的侧部。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，设置在所述样品通道(2)的上方的所述超声换能装置为纵向超声换能装置(3)，设置在所述样品通道(2)的侧部的所述超声换能装置为横向超声换能装置(4)，沿着所述样品流动方向所述纵向超声换能装置(3)和所述横向超声换能装置(4)交错分布在所述样品通道(2)上。3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，沿着所述样品流动方向相邻的两个所述超声换能装置之间的间距为小于1mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述样品通道(2)的截面为矩形，所述样品通道(2)的宽度为700-800微米，所述样品通道(2)的高度为200-300微米。5.一种制备权利要求1-4任一项所述的微流控芯片的方法，其特征在于，包括如下步骤：采用湿法刻蚀方法制备包括至少一个第一凹槽(5)的微流控基板(1)，在每个所述第一凹槽(5)的侧部切割至少一个第二凹槽(6)，然后将横向超声换...

【专利技术属性】
技术研发人员：李章剑，李培洋，徐杰，王策，崔崤峣，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32