一种压电基片上细胞破碎的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压电基片上细胞破碎的装置及方法。该装置包括PCB板，所述PCB板通过电气连接端与外电路连接，所述PCB板上贴合有压电基片，所述压电基片上设置有疏水薄层，所述疏水薄层的两侧设置有侧墙，所述侧墙的两端设置有叉指换能器和反射栅，所述疏水薄层的上方架设有横杆，横杆上设置有向压电基片方向接近的刀片，所述刀片与压电基片之间留有间隙。本发明专利技术无需高压、无需注射泵外部驱动、无需加热单元、无需任何化学试剂，即可实现微流器件上细胞破碎，解决了现有微流器件上细胞破碎方法存在的细胞内容物损坏及外部驱动源无法集成问题。

A device and method of cell breaking on piezoelectric substrate

【技术实现步骤摘要】
一种压电基片上细胞破碎的装置及方法
本专利技术涉及一种微流控芯片中细胞破碎的装置，尤其是涉及一种声表面波实现细胞破碎的装置及方法，属于细胞破碎

技术介绍
细胞破碎是进行细胞分析的前提，尤其在微流细胞分析中，需要进行在片细胞破碎操作，以实现在片细胞分析，必须在微流分析系统中集成细胞破碎单元。宏观的细胞破碎方法有多种，细胞破碎技术也相对成熟。常见的是机械破碎方法，它采用高压挤压细胞液样品高速通过固定的小喷嘴,并撞击到撞击靶上而使样品细胞破碎。该方法需要产生高压设备，并需要制作容纳样品的高压腔，同时需要活塞高速加速将进口阀关闭，使细胞样品高速通过固定喷嘴,样品压力可达40kpsi，因此，所制作的细胞装置成本较高，且细胞样品量往往较多，不适合于微流芯片的在片分析。高压匀浆法是通过高速匀浆器将待破碎细胞在经历一系列高速旋转造成的剪切力，以及由高压到常压的变化造成细胞的破碎。该方法容易造成团状堵塞，且易损伤匀浆阀，不宜用于微流芯片中细胞分析的细胞破碎操作。高速珠磨法是通过搅拌桨将待破碎细胞悬浮液与研磨剂充分混合、搅拌，使珠子之间及珠子与细胞之间相互剪切、碰撞，从而达到细胞破碎。该方法破碎效果较好，但需要操作、调整的参数较多，且珠子间的细胞液损失较多，也不易集成于微流系统中。超声波细胞破碎方法是将电能通过功率较大的换能器转换为声能，该声能量通过液体介质变成大量密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，炸裂产生的能量，起到破碎细胞的作用，这种超声波破碎样品中细胞的方法需要较大的电信号功率，往往所需的功率达数百瓦。同时，产生热量较大，散热困难，且超声波产生的化学自由基团可能使某些生物分子变性失活。酸溶法通过生物酶将细胞壁溶解，实现细胞破碎，该方法主要缺点是容易造成产物抑制作用，使得细胞内物质释放率较低，同时，该方法所采用的酶通用性差，不同细胞需选用不同的溶解酶，使用受到限制。此外，生物酶价格往往较高，增加了细胞分析成本。这些细胞破碎方法对于微流芯片的细胞分析，不是很好的选择。为此，需要研究可集成于微流芯片上细胞分析器件。常见的微流系统中用于细胞破碎主要包括化学方法、电场方法、热方法和激光破碎方法等。各个方法都有相应的缺点和优点。化学破碎法通过微通道内将化学试剂与细胞液进行混合，使化学试剂流溶解细胞膜，实现细胞破碎，其优点是结构简单，但需要混合和反应时间较长，且化学试剂往往价格较高，增加分析成本。热破碎法需要在微流器件内集成加热单元，其缺点是加热单元产生的热量会损坏细胞内蛋白质，影响细胞分析精度。电场破碎细胞法则在微流器件的电极上施加高电场，在细胞膜上产生不可逆的孔，实现细胞破碎，其特点是细胞破碎效率高，无需使用化学试剂，操作简单等优点，但电场较大，需要较高电压。机械方法破碎细胞可避免上述问题，它主要通过在微通道内设计微结构，细胞液通过微通道时，微结构对细胞产生物理应力，使细胞破碎。如，期刊《片上实验室，LabonAChip》2003年第3卷第4期287-291页公开了《采用微通道内纳米尺寸倒钩无试剂机械破碎细胞，Reagentlessmechanicalcelllysisbynanoscalebarbsinmicrochannelsforsamplepreparation》。它在二氧化硅基片上采用等离子刻蚀方式制作高深宽比微通道与3微米宽度和间距的微柱阵列，在外界流体驱动源驱动下，细胞液流体经过微柱时，微柱对细胞产生物理应力，使细胞破碎。该方法主要优点不需要化学试剂，从而避免化学试剂对细胞内容物的污染，但它需要较为复杂的制作工艺，且需要注射泵等外部驱动源驱动细胞液流体，不易集成与微流系统上，有待改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单，易于集成,声表面波控制的压电基片上细胞破碎的装置和方法。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种压电基片上细胞破碎的装置，包括PCB板，所述PCB板通过电气连接端与外电路连接，所述PCB板上贴合有压电基片，所述压电基片上设置有疏水薄层，所述疏水薄层的两侧设置有侧墙，所述侧墙的两端设置有叉指换能器和反射栅，所述疏水薄层的上方架设有横杆，横杆上设置有向压电基片方向接近的刀片，所述刀片与压电基片之间留有间隙。更进一步的，所述叉指换能器和反射栅采用微电子工艺在1280-YXLiNbO3压电基片上完成加工制造。更进一步的，所述疏水薄层为TeflonAF1600疏水薄层。更进一步的，所述刀片底部与压电基片之间的间隙为0.2-0.3毫米。更进一步的，所述压电基片上还贴合有聚二甲基硅氧烷垫块，所述横杆为聚二甲基硅氧烷横杆，所述聚二甲基硅氧烷横杆支撑于聚二甲基硅氧烷垫块上。更进一步的，所述侧墙之间还设置有用于避免样品外流的TeflonAF1600挡块13。本专利技术还提供一种压电基片上细胞破碎的方法，两叉指换能器交替激发声表面波，驱动TeflonAF1600侧墙内待破碎细胞样液，使得细胞样液在侧墙内快速运动，在运动过程中与薄刀片切割、挤压，产生机械应力而使得细胞破碎。更进一步的，反复交替在两叉指换能器上施加电信号，使得细胞样液在侧墙内特定的轨迹上交替运动，并反复碰撞薄刀片，进一步提高细胞破碎的效果。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：无需高压、无需注射泵外部驱动、无需加热单元、无需任何化学试剂，即可实现微流器件上细胞破碎，解决了现有微流器件上细胞破碎方法存在的细胞内容物损坏及外部驱动源无法集成问题。本专利技术在压电基片上借助叉指换能器激发的声表面波驱动细胞液，使其在特定的传播路径上往复运动，碰撞细胞液上方的塑料薄片，产生机械应力，实现细胞破碎，为后续压电微流系统细胞分析提供基础。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。声表面波实现压电基片上细胞破碎的装置的结构如图1所示，包括为PCB板1、为压电基片2、PCB板上引脚(包括第一引脚3、第二引脚4、第三引脚5、第四引脚6)、叉指换能器7、为反射栅8、TeflonAF1600疏水薄层9及厚度为1-2毫米的侧墙。聚二甲基硅氧烷垫块10的高度为5-6毫米，贴合在压电基片上，它用来支撑其上聚二甲基硅氧烷横杆11，横杆内嵌宽度为1-2毫米薄刀片12，薄刀片底部离压电基片间隙0.2-0.3毫米，避免薄刀片损伤压电基片，并尽可能接近压电基片。疏水侧墙间设计TeflonAF1600挡块13，避免样品外流。叉指换能器和反射栅采用现有的微电子工艺在1280-YXLiNbO3压电基片上完成加工制造，压电基片贴合于PCB板，并由PCB板连接电气连接端，与外电路连接。本专利技术还一种压电基片上细胞破碎的方法为：两叉指换能器交替激发声表面波，驱动TeflonAF1600侧墙内待破碎细胞样液14，使得细胞样液在侧墙内快速运动，在运动过程中与薄刀片切割、挤压，产生机械应力而使得细胞破碎。反复交替在两叉指换能器上施加电信号，使得细胞样液在侧墙内特定的轨迹上交替运动，并反复碰撞薄刀片，实现高效细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电基片上细胞破碎的装置，其特征在于：包括PCB板，所述PCB板通过电气连接端与外电路连接，所述PCB板上贴合有压电基片，所述压电基片上设置有疏水薄层，所述疏水薄层的两侧设置有侧墙，所述侧墙的两端设置有叉指换能器和反射栅，所述疏水薄层的上方架设有横杆，横杆上设置有向压电基片方向接近的刀片，所述刀片与压电基片之间留有间隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电基片上细胞破碎的装置，其特征在于：包括PCB板，所述PCB板通过电气连接端与外电路连接，所述PCB板上贴合有压电基片，所述压电基片上设置有疏水薄层，所述疏水薄层的两侧设置有侧墙，所述侧墙的两端设置有叉指换能器和反射栅，所述疏水薄层的上方架设有横杆，横杆上设置有向压电基片方向接近的刀片，所述刀片与压电基片之间留有间隙。


2.根据权利要求1所述的一种压电基片上细胞破碎的装置，其特征在于：所述叉指换能器和反射栅采用微电子工艺在1280-YXLiNbO3压电基片上完成加工制造。


3.根据权利要求1所述的一种压电基片上细胞破碎的装置，其特征在于：所述疏水薄层为TeflonAF1600疏水薄层。


4.根据权利要求1所述的一种压电基片上细胞破碎的装置，其特征在于：所述刀片底部与压电基片之间的间隙为0.2-0.3毫米。

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【专利技术属性】
技术研发人员：董良威，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32