一种大通量细胞声分选芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种大通量细胞声分选芯片，包括有压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道，其中叉指换能器溅射在压电基片上，分选流道键合在分选流道基底上，从下至上，压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道依次进行设置。所述的叉指换能器的形状为弧形或箭头形，弧形的叉指换能器为聚焦型叉指换能器，箭头形的叉指换能器为汇焦型叉指换能器，有益效果：分选流道的特征尺寸能够被增大，有助于提升分选通量与声流作用的效果。分选流道基底为具有凸凹结构的绝缘层基底或浸润性优化基底。规律化的具有凸凹结构的绝缘层基底或浸润性优化基底加大分选流道中的液体中颗粒运动的差异性，提高分选的效率和分选纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种大通量细胞声分选芯片
本专利技术涉及一种分选芯片，特别涉及一种大通量细胞声分选芯片。
技术介绍
目前，随着微流控技术的快速发展，微流控芯片的概念开始在化学、医学、生物学等领域发挥越来越大的作用。当前，微流控芯片已经逐渐成为了一个成熟的研究领域，微流控分选技术作为微流控芯片的重要功能之一有着广泛的应用前景。事实上，基于不同机理的分选方法，在分选通量，纯度，精度等方面有各自的优缺点和局限性。声学微流控设备是一种强大的工具，它可以利用声波对分析化学和生物医学中微米或纳米尺度的细胞进行操作。声微流芯片以其易于制备、生物兼容性强、无标记性和非接触操作的特点，成为了基础研究的理想平台。所以，基于声学的微流控分选技术在微流控芯片分选上的应用被视为一种有前途的方案。具有不同声学、力学、水动力特性的细胞可以通过行波、驻波或两种机制的组合来进行分离。声表面驻波的分选原理是声表面驻波作用于微流道中的流体时，基于声流效应，流道内会形成周期分布的压力节点和反压力节点，悬浮的细胞在声辐射力的作用下会迁移至压力节点或反压力节点，进而实现分选；声表面行波的分选原理是声表面波单方向作用于微流道中的流体时，不同属性的悬浮的细胞受到声辐射力的大小不同，因此侧向迁移的距离不同，进而实现分选。浸润性是对固体表面与液体接触关系的一种描述，通常以接触角来表征液体对固体的浸润程度。一般来说，固体表面与液体的接触角大于90°时，称之为疏液表面；小于90°，称之为亲液表面。而所谓的超疏液表面是指液体与固体接触角小于5°的表面；超亲液表面是指液体与固体接触角大于100°的表面。有关浸润性的研究表明，浸润性表面具有较好的生物相容性，在液体运输方面有很大的应用前景。液滴以及细胞在超亲液及超疏液微区域内获得的表面张力、黏附力、运动阻力是不同的，细胞不会黏附在超疏液表面，但却存在向超亲液表面运动的主动性，即超亲液、超疏液表面显著的浸润性差异，赋予类似细胞以自发的迁移势能与选择趋势，阻滞或推动细胞的移动。固体表面浸润性的微观结构可以采用多种加工方式制得，包括光刻法、软刻蚀技术等。其中飞秒激光、CO2激光作为成熟的3D微结构加工技术，有着较强的任意结构可加工性、多种材料适应性和精度高达数十纳米级的制备能力。这种加工方式可以通过调节条纹间距、改变加工次数、调整加工功率等实现对微观表面结构形貌的控制，十分适应微流道内极端浸润性表面的加工需求。目前相关实现技术已经成熟。现有的细胞声分选芯片普遍存在着在分选通量上的短板。较小的流道特征尺寸限制了最大分选通量，更制约着声分选技术的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的细胞声分选芯片普遍存在的低通量瓶颈问题而提供的一种大通量细胞声分选芯片。本专利技术提供的大通量细胞声分选芯片包括有压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道，其中叉指换能器溅射在压电基片上，分选流道键合在分选流道基底上，从下至上，压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道依次进行设置。压电基片是由铌酸锂单晶材料制成。所述的叉指换能器的形状为弧形或箭头形，弧形的叉指换能器为聚焦型叉指换能器，箭头形的叉指换能器为汇焦型叉指换能器，叉指换能器的中轴线与上部的分选流道的中轴线对应设置。分选流道基底为具有凸凹结构绝缘层的分选流道基底或浸润性优化分选流道基底，具有凸凹结构的绝缘层分选流道基底上的凸凹结构呈规律性分布；浸润性优化的分选流道基底上的区域浸润性结构呈规律性分布。分选流道的中间设置有分选区，分选区的两端设置有入口和出口，其中入口的中线位置处设置有入口中心通道，入口中心通道的两侧分别对称设置有一条或数条入口通道，出口的中线位置处设置有出口中心通道，出口中心通道的两侧分别对称设置有一条或数条出口通道，入口中心通道和出口中心通道设在同一轴线上，入口中心通道、入口通道、出口中心通道和出口通道均与分选区相连通。叉指换能器产生激励声波的方向与入口中心通道的鞘流方向呈180°反向，同时，聚焦型叉指换能器对细胞施加的声辐射力指向聚焦点，聚焦点位于分选流道的中轴线上；汇焦型叉指换能器对细胞施加的声辐射力同斯托克斯力的夹角大于90°，汇焦型叉指换能器对细胞施加的声辐射力指向汇焦型叉指换能器的中轴线。本专利技术的工作原理如下：本专利技术提供的大通量细胞声分选芯片中的压电基片上的叉指换能器为聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器(IDT)，被布置于分选流道的正下方，聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器产生激励声波的方向与分选流道的鞘流方向呈180°反向。同时，聚焦型叉指换能器对细胞施加的声辐射力指向聚焦点，聚焦点位于分选流道的中轴线上，聚焦型叉指换能器的中轴线与分选流道的中轴线对应设置；汇焦型叉指换能器对细胞施加的声辐射力同斯托克斯力的夹角大于90°，指向汇焦型叉指换能器的中轴线，汇焦型叉指换能器的中轴线与分选流道的中轴线对应设置。聚焦型叉指换能器的叉指呈弧形。汇焦型叉指换能器的叉指呈箭头的形状。其中具有凸凹结构绝缘层的分选流道基底利用纳米压印等微精细加工技术来加以实现；其中浸润性优化分选流道基底首先由自组装技术制备超疏水表面，在此基础上，利用紫外线辐射和光掩膜共同作用制作出有规律的、微图案化的浸润性优化分选流道基底。聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器一般由沉积于压电基片上的梳齿状电极构成，选用单晶材料铌酸锂作为压电基片的材料。再根据设计好的叉指换能器的厚度、宽度、剖面形状，通过清洗、镀膜、光刻、刻蚀、频率修正、检测、封装等工艺流程在相应的压电基片上制作出聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器。在将鞘流注入在入口中心通道的同时，将具有不同特性的细胞混合液从其余入口通道注入分选区。待分选的细胞在中心鞘流的约束下，分别以细流的形式沿分选流道外向侧壁以层流的形式运动。其中，当聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器工作时，聚焦型叉指换能器或汇焦型叉指换能器产生的声表面波直接对液流内的细胞施加指向聚焦点或中心轴线的声辐射力。相比于小尺寸的细胞，大尺寸粒细胞受声流涡旋和声辐射力影响较大。声辐射力和与液流同向的斯托克斯力共同作用于较大尺寸的细胞上，将其最先汇集到分选流道的中心轴线上，并使其从中心轴线上的出口中心通道流出。而小尺寸细胞会维持原有路径，沿出口中心通道两侧的出口通道流出。同时，具有凸凹结构的绝缘层的分选流道基底上的规则的凸凹结构将加剧细胞的振动，进一步放大细胞的差异性，从而加快大细胞和小细胞的分离速度；而在浸润性优化的分选流道基底上，不同浸润性微区域界面内存在的黏附力，表面张力和剪切力共同的作用，会使流道出现与具有凸凹结构的绝缘层的分选流道基底相似的效应，提高细胞分选的效率。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的大通量细胞声分选芯片的叉指换能器设置在分选流道正下方，叉指换能器产生的声辐射力能够直接作用在分选流道上，强度增大，能量损耗减少，避免了传统结构中的“角落效应”；同时，分选流道的特征尺寸能够被增大，有助于提升分选通量与声流作用的效果。分选流道基底为具有凸凹结构的绝缘层基底或浸润性优化基底。规律化的具有凸凹结构的绝缘层基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大通量细胞声分选芯片，其特征在于：包括有压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道，其中叉指换能器溅射在压电基片上，分选流道键合在分选流道基底上，从下至上，压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道依次进行设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种大通量细胞声分选芯片，其特征在于：包括有压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道，其中叉指换能器溅射在压电基片上，分选流道键合在分选流道基底上，从下至上，压电基片、叉指换能器、分选流道基底和分选流道依次进行设置。


2.根据权利要求1所述的一种大通量细胞声分选芯片，其特征在于：所述的叉指换能器的形状为弧形或箭头形，弧形的叉指换能器为聚焦型叉指换能器，箭头形的叉指换能器为汇焦型叉指换能器，叉指换能器的中轴线与上部的分选流道的中轴线对应设置。


3.根据权利要求1所述的一种大通量细胞声分选芯片，其特征在于：所述的分选流道基底为具有凸凹结构绝缘层的分选流道基底或浸润性优化分选流道基底，具有凸凹结构的绝缘层分选流道基底上的凸凹结构呈规律性分布；浸润性优化的分选流道基底上的区域浸润性结构呈规律性分布。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国君，李星奇，董轮涛，刘晓鹏，沈望皓，王聪慧，李新波，孙晓东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22