一种磁分选微流控芯片及其制作方法技术

本发明专利技术提出一种磁分选微流控芯片,包括：基底、芯片模型材料层、微通道单元、磁分选单元；芯片模型材料层设置在基底上，微通道单元与所属磁分选单元均设置在芯片模型材料层中；微通道单元包括分选通道、磁极通道；分选通道设置有多个分选通道入口与多个分选通道出口；磁分选单元包括永磁体、高导磁合金、设置在磁极通道中的磁极阵列；高导磁合金将永磁体的磁场传导至磁极阵列，使磁极阵列在分选通道的左右位置产生极性相反的磁场，在分选通道将待处理颗粒按照尺寸大小分选到不同的分选通道出口。本方案将生物样品和颗粒的负磁泳分选分辨率从微米级提升到纳米级。率从微米级提升到纳米级。率从微米级提升到纳米级。

【技术实现步骤摘要】
一种磁分选微流控芯片及其制作方法


[0001]本专利技术涉及磁分选微流控芯片的
，特别涉及一种磁分选微流控芯片及其制作方法。

技术介绍

[0002]细胞、细菌和微粒等样品的分离提纯是生化样品制备的关键环节，将特定尺寸的生化样品从复杂样品中分选出来，或者将几种不同尺寸或类别的生化样品分开，都能够为后续的检测分析的准确性提供保障。近些年亚微米级别的生物样品例如细胞外囊泡(30-1000nm)等凸显出愈发重要的科研意义，因此生物样品分选对象的尺度也急需由微米级向纳米级发展。
[0003]目前用于微米级细胞或者颗粒的分选方法已经相对成熟，但是由于尺度效应，将这些方法应用于纳米颗粒的分选时却达不到良好的效果，甚至不起作用。在此基础上对各种方法进行改进之后发展了一些纳米颗粒的分选提纯方法，但是这其中有些方法会对生物样品产生损伤，例如光学法会产生焦耳热，介电泳法的表面电位可能会损伤细胞，超声法则由于分辨率和通量的限制，也不适用于分选生物样品。对于亚微米生物样品的分离提纯目前有一些比较成熟的常规方法，以细胞外囊泡的分离纯化为例，主要有超速离心法，密度梯度离心法，超滤法和体积排阻色谱法。然而这些方法都有一定的局限性，例如超速离心法和密度梯度离心法所需的仪器昂贵，处理时间长且需要的样本量大，超滤法则容易因阻塞导致分离效率低，而体积排阻色谱法则受到上样量和色谱柱使用次数限制，因此急需发展新方法来克服这些缺陷，以达到高效分离提纯细胞外囊泡等亚微米级生物样品的目的。近几年基于微流控芯片的细胞外囊泡分离提纯逐渐成为研究热点，微流控技术提供了一种相对简单、低成本且连续的分离方法，其中由于微纳磁珠的重要介质作用，微流控磁分选结合磁珠免疫法是目前研究最多的。与其他方法相比，磁分选具有不损伤生物样品、磁场灵活可控、系统相对简单、成本低、通量高等特点，并且磁珠作为磁介质，已经在微米级细胞的分选捕获中得到广泛应用，因此磁分选在纳米生物样品的处理中极具潜力。
[0004]磁分选在生物样品的处理中可分为有标记分选和无标记分选，对应正磁泳分选(或简称磁泳分选)和负磁泳分选两种方式。有标记分选通常是借助磁珠在生物样品上进行标记，然后将磁珠通过外部磁场产生的磁泳力进行操纵，从完整样品体系中分离出来，从而实现特定样品的分选。磁标记的优点是磁珠可以通过外部磁场进行精确操控，目前已经实现对纳米磁珠的操控，并且对磁珠进行表面修饰后可以和特定的细胞进行免疫性结合，从而实现特定捕获，其缺点是磁珠和细胞结合后再移除相对困难，并且当不同细胞样品具有相同表面标记物时，都会被磁珠特异性结合，从而干扰样品的纯度。无标记分由两种方法，一个是利用细胞本身的顺磁性或反磁性，通过外部磁场进行分离，但这种方法需要依赖细胞本身的特性，应用受限。另一种方式就是在顺磁性盐溶液或者铁磁溶液中，结合外部高梯度磁场对细胞进行负磁泳分离，该方法结构简单，易于实现，但是目前基本集中在微米级细胞或者颗粒的分选，在尺寸方面的分辨率有待提高。
[0005]现有的无标记磁分选技术(负磁泳分选)大都采用永磁体直接提供磁分选力，其缺点是永磁体无法靠近分选样品，在磁分选微流控芯片中，永磁体到分选通道的距离都大于等于500微米，另一方面，在距离永磁体越近的区域，其产生的磁场强度和磁场强度梯度会越大，从而作用在颗粒样品上的磁力也越大(磁力正比于磁场强度、磁场强度梯度，颗粒体积和颗粒与溶液的磁化率差值)，由于受到该距离的限制，负磁泳分选的分辨率目前只停留在细胞层面(≥3.5微米)，分选尺寸差别的分辨率大于等于5微米，即只能分选尺寸差别在5微米以上的生物样品。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提出了一种磁分选微流控芯片及其制作方法；
[0007]具体的，本专利技术提出了以下具体的实施例：
[0008]本专利技术实施例提出了一种磁分选微流控芯片,包括：基底、芯片模型材料层、微通道单元、磁分选单元；所述芯片模型材料层设置在所述基底上，所述微通道单元与所属磁分选单元均设置在所述芯片模型材料层中；
[0009]所述微通道单元包括分选通道、磁极通道；所述分选通道设置有多个分选通道入口与多个分选通道出口；
[0010]所述磁分选单元包括永磁体、高导磁合金、设置在所述磁极通道中的磁极阵列；其中，所述高导磁合金用于将所述永磁体的磁场传导至所述磁极阵列，以使所述磁极阵列在所述分选通道的同一侧左右位置产生高强度与高梯度且极性相反的两个磁场，进而在所述分选通道将待处理颗粒按照尺寸大小分选到不同的所述分选通道出口。
[0011]在一个具体的实施例中，所述磁极通道包括对称排布的第一磁极通道与第二磁极通道；所述第一磁极通道设置有第一磁极通道入口、所述第二磁极通道设置有第二磁极通道入口；所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者设置有一个共用的磁极通道出口；且所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者中均设置有微通道过滤柱；
[0012]所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者内部的磁极阵列的磁极性相反。
[0013]在一个具体的实施例中，所述分选通道入口包括：颗粒入口、夹流入口；所述颗粒入口与所述夹流入口两者的宽度之和与所述分选通道的宽度相同。
[0014]在一个具体的实施例中，所述颗粒入口与所述夹流入口的宽度比范围为1:4-1:0.5。
[0015]在一个具体的实施例中，所述微通道单元的高度范围为10-800微米；
[0016]所述磁极通道的宽度范围为5-500微米；
[0017]所述分选通道宽度范围为10-1000微米；
[0018]所述磁极阵列由三角形结构的铁磁粉末或者半圆形结构的铁磁粉末组成；
[0019]磁极阵列尖端处到分选通道的距离为1-25微米；
[0020]所述铁磁粉末的粒径范围为1-20微米；
[0021]所述高导磁合金为软磁合金；所述高导磁合金的厚度范围为10-800微米。
[0022]在一个具体的实施例中，所述基底由玻璃或透明树脂材料制成，所述芯片模型材料层由聚二甲基硅氧烷、玻璃或者透明树脂材料制成。
[0023]本专利技术实施例还提出了一种磁分选微流控芯片的制作方法,包括：
[0024]用MEMS工艺、软光刻方法或通过3D打印机打印制作微流控芯片；所述微流控芯片中具有微通道单元和多个高导磁合金嵌入区域；所述微通道单元包括：分选通道、磁极通道；所述磁极通道的数量为两个；所述高导磁合金嵌入区域包括第一区域、第二区域、第三区域；两个所述磁极通道各有一磁极通道入口，两个所述磁极通道共用一个磁极通道出口；
[0025]在所述第三区域嵌入第三高导磁合金，并在所述第三高导磁合金上方固定第三永磁体，所述第三永磁体的磁感线方向垂直于所述第三高导磁合金所在平面；
[0026]将由铁磁粉末与纯水混合均匀的溶液由两个所述磁极通道入口注入两个所述磁极通道中，以在所述第三高导磁合金、所述第三永磁体以及所述磁极通道中的过滤柱结构的作用下，将所述铁磁粉末初步固定在预设磁极阵列区域；
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁分选微流控芯片,其特征在于，包括：基底、芯片模型材料层、微通道单元、磁分选单元；所述芯片模型材料层设置在所述基底上，所述微通道单元与所属磁分选单元均设置在所述芯片模型材料层中；所述微通道单元包括分选通道、磁极通道；所述分选通道设置有多个分选通道入口与多个分选通道出口；所述磁分选单元包括永磁体、高导磁合金、设置在所述磁极通道中的磁极阵列；其中，所述高导磁合金用于将所述永磁体的磁场传导至所述磁极阵列，以使所述磁极阵列在所述分选通道的同一侧左右位置产生高强度与高梯度且极性相反的两个磁场，进而在所述分选通道将待处理颗粒按照尺寸大小分选到不同的所述分选通道出口。2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述磁极通道包括对称排布的第一磁极通道与第二磁极通道；所述第一磁极通道设置有第一磁极通道入口、所述第二磁极通道设置有第二磁极通道入口；所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者设置有一个共用的磁极通道出口；且所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者中均设置有微通道过滤柱；所述第一磁极通道与所述第二磁极通道两者内部的磁极阵列的磁极性相反。3.如权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述分选通道入口包括：颗粒入口、夹流入口；所述颗粒入口与所述夹流入口两者的宽度之和与所述分选通道的宽度相同。4.如权利要求3所示的方法，其特征在于，所述颗粒入口与所述夹流入口的宽度比范围为1:4-1:0.5。5.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述微通道单元的高度范围为10-800微米；所述磁极通道的宽度范围为5-500微米；所述分选通道宽度范围为10-1000微米；所述磁极阵列由三角形结构的铁磁粉末或者半圆形结构的铁磁粉末组成；所述铁磁粉末的粒径范围为1-20微米；所述磁极阵列尖端处到分选通道的距离为1-25微米；所述高导磁合金为软磁合金；所述高导磁合金的厚度范围为10-800微米。6.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述基底由玻璃或透明树脂材料制成，所述芯片模型材料层由聚二甲基硅氧烷、玻璃或者透明树脂材料制成。7.一种磁分选微流控芯片的制作...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，曾霖，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：