集成式滑动芯片制造技术

本发明专利技术涉及集成式滑动芯片，具体提供一种集成式芯片，其特征在于，所述芯片通过多层芯片和多个功能腔室将细胞分离培养、一种或多种细胞分泌物的检测等功能集成在一个装置上。本发明专利技术滑动芯片在单块芯片上实现了细胞分离计数、刺激孵育、一种或多种细胞分泌物检测的细胞功能分析流程。人为操作少，步骤简单，仅需通过简单滑动即可实现芯片内流体操控，检测时间短，为设备自动化提供便利。为设备自动化提供便利。为设备自动化提供便利。

【技术实现步骤摘要】
集成式滑动芯片


[0001]本专利技术涉及微流控芯片领域，具体涉及一种集成式滑动芯片及其用途。

技术介绍

[0002]免疫细胞是指所有参与或辅助生物体免疫应答过程的细胞。按免疫细胞的来源和功能为依据，可分为造血干细胞、淋巴细胞、抗原呈递细胞和其他免疫细胞。如淋巴细胞中的辅助T细胞可以识别抗原片段，释放IL
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2/4/6及IFN
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γ等多种细胞因子，协助完成体液免疫过程。免疫细胞功能异常会导致生物体易患各种疾病，因此免疫细胞功能分析对于疾病诊断、预后和疗效评估至关重要。
[0003]在免疫细胞发挥作用的过程中，细胞分泌物作为信息载体，对免疫细胞的功能有重要影响。如B细胞产生的抗体，T细胞分泌的细胞因子等等。以细胞因子为例，包括白细胞介素(IL)、干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、集落刺激因子(CSF)、趋化因子和生长因子等。检测细胞分泌物种类和含量是评估细胞免疫功能重要途径。
[0004]传统的细胞分泌物检测方法包括ELISA、ELISPOT、胞内细胞因子染色(ICCS)等。ELISA方法是对全血样本进行相应刺激后提取血清，使用ELISA直接测定上清液中的分泌蛋白水平。但是全血样本中的细胞成分复杂，该方法不涉及特定细胞群体的分离和归一化，因此难以对特定免疫细胞群体进行准确的分析。ELISPOT则是将ELISA技术和细胞培养技术相结合，通过捕获抗体、检测抗体和抗原的特异性结合关系检测特定细胞群体分泌出靶标蛋白的细胞数量。但是特定细胞群体的分离和归一化操作耗时且繁琐。ICCS是在单细胞水平分析细胞功能的方法。通过结合表面染色和细胞内细胞因子染色，可获得在一定数量群体中能释放细胞因子的细胞百分比。但细胞的固定和通透化操作将耗费大量的时间。因此以上方法面临准确性不高、操作繁琐耗时的问题，限制了其在快速诊断、大规模疾病筛选、动态监测领域的应用。
[0005]现场快速检测(Point
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of
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CareTesting，POCT)指在采样现场进行的、利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到检测结果的一种检测方式。快速、操作简便、成本较低，无需传统的大型实验室设备和条件，不受地点和时间的限制，可降低资源占用和整体的就医成本。微流控芯片技术是实现POC检测的重要方法之一，使用微米级别的管道来处理和操作微流体系统，特点是设备微型化、功能集成化、所需样本量和检测试剂少、检测时间短、成本低、检测灵敏度高，广泛应用于生物医学领域。因此，可集成细胞分离、刺激与即时检测于一体的POCT芯片成为微流控生物分析领域亟待突破的技术。
[0006]Huang等开发了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控免疫表型分析(MIPA)装置，能够将所有分析操作集成到一个芯片上，包括细胞接种、细胞刺激、活细胞计数和细胞因子检测。该工作使用脂多糖(LPS)刺激人类急性单核细胞白血病细胞(THP
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1)产生TNF
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α，用LOCI(发光氧通道免疫分析)技术对分泌的细胞因子进行原位检测。总检测时间比ELISA缩短7倍，实现了快速、高效的细胞免疫表型分析(LabonAChip,2012,12(20):4093
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4101)。
[0007]但是，目前类似细胞分离及其分泌因子的微流控芯片仍存在较大局限。例如，细胞
分泌物检测流程繁琐，样本预处理涉及血清提取、细胞培养模块；而常用的检测过程ELISA则含有多步洗涤，步骤复杂。且二者完全分离，没有在集成同一系统上，无法满足即时快速检测(POCT)的需求。现有的POCT芯片功能单一，如血浆提取芯片、白细胞分离芯片、细胞捕获检测特定抗原芯片等，芯片在其中作为整体检测流程的一部分，需要与其他模块配合，未能实现芯片上进行包括细胞分离、计数、刺激孵育并进行多重细胞因子检测的整个流程。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种滑动芯片，将细胞分离计数、孵育、一种或多种分泌物同时检测集成在滑动芯片上，各功能腔室空间分隔，通过滑动功能相互联系，并实现流体的接触、扩散、混合与分割等多种功能，建立了一个集成式的微流控芯片装置。实现了简便、集成化、小型化的免疫细胞功能分析。
[0009]本专利技术第一方面提供一种集成式滑动芯片，其特征在于，所述芯片通过多层芯片和多个功能腔室将细胞分离培养、一种或多种细胞分泌物的检测等功能集成在一个装置上，大幅减少人为操作、提高检测灵敏度。所述多个功能腔室包括细胞分离培养腔室，其通过层间的微孔滤膜实现细胞分离，废液处理和样本采集在不同的腔室或流路中分别进行，并且腔室环境适宜细胞培养。所述多个功能腔室包括反应及检测腔室，其特征在于，通过层间滑动和液体混合装置使样本与一种或多种反应试剂(依次)的接触、扩散、混合与分割等功能，并通过信号读取装置进行检测。所述集成式滑动芯片的一个具体实施方式是本专利技术第二方面所述的多层微流控芯片。
[0010]本专利技术第二方面提供一种多层微流控芯片。所述芯片可用于细胞分离、处理、分泌物分析。
[0011]在一个或多个实施方案中，所述芯片包含盖片10和底片300，其中盖片10包含盖片上层100和盖片下层200，
[0012]盖片上层100的下表面设置有非贯通腔室110和流体混合机构140，
[0013]盖片下层200设置有贯通腔室210、220，任选还设置有贯通腔室230，腔室210与盖片上层100的腔室110配合，其横截面区域小于腔室110；腔室220和腔室230中一个或二者位于一个或多个所述流体混合机构140的下方(例如腔室220和腔室230各自覆盖一个流体混合机构140)；盖片下层200的下表面还设置有凹陷通道240，
[0014]盖片上层100和盖片下层200相互固定和密封，腔室210与腔室110之间设置有膜400，
[0015]底片300设置有凹陷腔室310和320，当滑动底片300使腔室310与腔室210对齐时，腔室310与腔室210配合，腔室310的横截面区域大于腔室210，腔室310超出腔室210的区域能与凹陷通道240流体连通；当滑动底片300使腔室320与腔室210对齐时，腔室320与腔室210配合，腔室320的横截面区域大于腔室210，腔室320超出腔室210的区域能与凹陷通道240流体连通。
[0016]在一个或多个实施方案中，腔室110的形状使得注入的流体逐渐散开并形成大致匀速的流体分布。在一些实施方案中，腔室110中流体流入的流道宽度从流体入口逐渐增大。优选地，腔室110的形状为五边形、六边形、梭形。
[0017]在一个或多个实施方案中，盖片上层100的下表面设置有凸台120，任选还设置有
凸台130，腔室220和腔室230下方的流体混合机构140分别位于凸台120和凸台130内。
[0018]在一个或多个实施方案中，盖片上层100的材料为透气良好、声阻抗较低且有一定硬度的材料，如PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PS(聚苯乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式滑动芯片，其特征在于，所述芯片通过多层芯片和多个功能腔室将细胞分离培养、一种或多种细胞分泌物的检测等功能集成在一个装置上，大幅减少人为操作、提高检测灵敏度，优选地，所述多个功能腔室包括细胞分离培养腔室，其通过层间的微孔滤膜实现细胞分离，废液处理和样本采集在不同的腔室或流路中分别进行，并且腔室环境适宜细胞培养，优选地，所述多个功能腔室包括反应及检测腔室，其通过层间滑动和液体混合装置使样本与一种或多种反应试剂实现相互接触、扩散、反应或隔离等流体控制，并通过信号读取装置进行检测。2.如权利要求1所述的集成式芯片，其特征在于，所述芯片是多层微流控芯片，所述芯片包含能相对滑动的盖片10和底片300，其中盖片10包含盖片上层100和盖片下层200，盖片上层100的下表面设置有非贯通腔室110和流体混合机构140，盖片下层200设置有贯通腔室210、220，腔室210与盖片上层100的腔室110配合，其横截面区域小于腔室110；腔室220位于一个或多个所述流体混合机构140的下方；盖片下层200的下表面还设置有凹陷通道240，盖片上层100和盖片下层200相互固定和密封，腔室210与腔室110之间设置有膜400，底片300设置有凹陷腔室310和320，腔室310与腔室210配合，腔室310的横截面区域大于腔室210，腔室310超出腔室210的区域能与凹陷通道240流体连通；腔室320与腔室220配合，腔室320的横截面区域大于腔室220，腔室320超出腔室220的区域能与凹陷通道240流体连通。3.如权利要求2所述的集成式芯片，其特征在于，腔室110的形状使得注入的流体逐渐散开并形成大致匀速的流体分布；优选地，腔室110中流体流入的流道宽度从流体入口逐渐增大；更优选地，腔室110的形状为三角形、喇叭形、五边形、六边形或梭形，和/或盖片上层100的下表面设置有凸台120，腔室220下方的流体混合机构140位于凸台120内，和/或盖片上层100的材料选自PDMS(聚二甲基硅氧烷)和PS(聚苯乙烯)，和/或盖片100上还设置有通孔111、112、150、121，通孔111与腔室110和腔室210流体连通，通孔121与凸台120和腔室220流体连通，优选地，盖片下层200还设置有贯通腔室230，腔室220和腔室230中一个或二者位于一个或多个所述流体混合机构140的下方；盖片上层100的下表面设置有凸台130，腔室230下方的流体混合机构140位于凸台130内；盖片100上还设置有通孔131，通孔131与凸台130和腔室230流体连通。4.如权利要求1
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3中任一项所述的集成式芯片，其特征在于，(1)流体混合机构140是由气泵、蠕动泵产生驱动力进行液体混合的机构，(2)流体混合机构140是通过磁性吸附进行液体混合的机构，(3)流体混合机构140是通过介电泳进行液体混合的机构，或(4)流体混合机构140是气泡生成机构，其具有一个或多个凹陷；优选地，所述凹陷的深宽比大于0.2，
优选地，所述凹陷包括圆形凹陷、矩形凹陷或三角形凹陷，更优选地，凹陷是深度约0.5mm，直径约0.7mm的圆形凹陷。5.如权利要求4所述的集成式芯片，其特征在于，盖片100的上表面设置有压电换能片500，其位于流体混合机构140的上方，用于激励气泡介导声波混合，优选地，所述压电换能片由锆钛酸铅、钛酸钡、偏铌酸铅制成，优选地，凹陷与换能片500之间的距离小于2mm，更优选小于1mm。6.如权利要求1
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3中任一项所述的集成式芯片，其特征在于，所述芯片具有选自以下的一项或多项特征：盖片下层200的材料是低摩擦系数、表面光滑、透光性好的硬质材料，优选地，盖片下层200的材料选自以下的一种或多种：玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、塑料COP/COA(环氧烯烃)，盖片下层200厚度至少0.5mm，优选为1mm，腔室220和腔室230分别与凸台120和凸台130间隙配合，腔室210的横截面区域不覆盖腔室110中流体流入的通道，盖片上层100与盖片下层200通过等离子体处理而相互固定和密封，盖片上层100与盖片下层200通过压力固定和密封，膜400的孔径为2
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10μm，膜400可以是聚砜膜、聚碳酸酯膜、或其他通过微加工得到的多孔膜；优选地，膜400是parylene
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C滤膜，盖片下层200的凹陷通道240的深度至少0.2mm，盖片下层200还设置有通孔221、231、241、250，分别与通孔121、131、112、150流体连通。7.如权利要求1
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3中任一项所述的集成式芯片，其特征在于，所述集成式芯片具有选自以下的一项或多项特征：腔室310和腔室320的深度至少0.1mm，底片300的材料是低摩擦系数、表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆生，张芷颖，冯祖莹，徐宏，古宏晨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：