微流体芯片、系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于在含有可极化介质混合物的样本中选择和检测某个可极化介质的微流体芯片，包括:一个衬底；设置在所述衬底上的至少三个电极，相邻电极之间具有一个间隙，从而形成多个间隙；设置在所述衬底上的一个阱阵列，其具有位于多个间隙中的多个阱；设置在所述阱阵列上的一个顶层；以及设置在所述顶层和阱阵列之间的微流体通道。本发明专利技术提供一种从液体样本所含有的可极化介质混合物中选择和检测某种可极化介质的方法。测某种可极化介质的方法。测某种可极化介质的方法。

【技术实现步骤摘要】
微流体芯片、系统及其使用方法


[0001]本专利技术总体上涉及用于细胞分选的微流体芯片，更具体而言，涉及一种基于介电泳固有特性的微流体芯片。

技术介绍

[0002]单细胞分选在精密医学应用(如基因组学或下一代测序)中变得越来越重要。最先进的癌症检测系统，如CellSearch，OncoDiscover，或CellMax，从患者样本中捕获和分离循环肿瘤细胞(CTCs)。随后对CTC数量的量化可以提供关于患者状态的重要信息。在单细胞核糖核酸测序平台中，例如在市场上可获得的10
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基因组学解决方案或其他最新方案中，确保仅对目标细胞进行测序,这对于获得准确结果至关重要。因此，根据测序平台的机制，可能需要在将样本加入测序平台之前进行可靠的细胞分选。
[0003]传统上使用的细胞分选方法包括基于密度梯度的方法以及荧光激活细胞分选(FACS)和磁激活细胞分选(MACS)。在FACS和MACS中，样本必须先制备好，并用荧光染色剂或磁性微珠正确标记，才能成功分选。介电泳激活细胞分选(DACS)提供了一种基于介电泳(DEP)固有特性的替代方法，无需任何预先标记即可分选细胞。DEP是一种电动现象，在空间上不均匀的电场中，可通过极化方式选择性地操纵介电剂，例如哺乳动物细胞。已公开报道的微流体 DACS结构主要集中在通过将电极定位在微流体通道中来分选细胞，其根据细胞的介电特性利用DEP来改变细胞的流动轨迹，从而将它们引导到不同的输出通道中。因为单独分选的细胞类型的数量直接对应于出口的数量,所以这些设计会受到输出通道数量的限制。其他不太常见的基于DEP的细胞分选方法包括采用场流分级来分选不同的细胞类型。
[0004]这些技术方案面临的另一个限制是它们不能很容易地提供关于分选细胞数量的信息。额外的细胞计数结构，如微流体库尔特计数器，已被证明能可靠地检测单个细胞，并可用于计数流经出口通道的细胞数量，但代价是增加了整个系统的复杂性。
[0005]由真菌、细菌等微生物引起的植物感染性病害是影响农作物生产的主要因素之一，给农民和种植者造成了巨大的经济损失。在众多病害的名单中，菌核病茎腐病(SSR)因其宿主范围广、危害大而显得尤为重要。SSR由坏死营养型真菌病原体菌核病菌引起，影响全球400 多种植物，包括油菜、大豆、向日葵和胡萝卜等几种经济上重要的作物。SSR，也就是俗称的白霉菌，对世界第二大油料作物油菜产业的破坏性特别大。SSR造成的产量损失可能高达 50％，导致严重的财务损失并使其成为油菜生产的最大威胁。真菌产生的微小孢子在风流中传播到整个田地，成为引发SSR流行病的接种物的主要来源。目前，使用杀真菌剂的化学控制是SSR管理的主要策略。尽管这种方法可能非常有效，但在没有病害风险迹象时常规性使用杀真菌剂，在经济上是低效的。理想的情况是，农民必须在特定的时间范围内并且仅在必要时施用杀真菌剂，也就是说，当孢子出现在田间，但在症状出现之前，农民使用杀真菌剂更为有效。然而，由于SSR的爆发很难预测，农民通常在没有获得任何SSR发病风险的客观信息的情况下，常规性地施用杀真菌剂，但这一做法耗费时间，大幅降低利润，并影响环境。目前预测SSR发展的方法是不精确的。风险评估检查表和基于天气的预测模型是为
此目的开发的最早预警系统。虽然简单且针对特定领域，但风险评估检查耗时耗力，且不包括任何空气传播接种物的测量。另一方面，基于天气的系统则缺乏领域特异性，完全依赖于天气参数。

技术实现思路

[0006]在第一方面，本专利技术提供一种用于在含有可极化介质混合物的样本中选择和检测某个可极化介质的微流体芯片，包括:一个衬底；设置在所述衬底上的至少三个电极，相邻电极之间具有一个间隙，从而形成多个间隙；设置在所述衬底上的一个阱阵列，其具有位于多个间隙中的多个阱；设置在所述阱阵列上的一个顶层；以及设置在所述顶层和阱阵列之间的微流体通道。
[0007]在第二方面，本专利技术提供一种从液体样本所含有的可极化介质混合物中选择和检测某种可极化介质的方法，该方法采用一种微流体芯片，其包括:一个衬底；设置在所述衬底上的至少三个电极，相邻电极之间具有一个间隙，从而形成多个间隙；设置在所述衬底上的一个阱阵列，其具有位于多个间隙中的多个阱；设置在所述阱阵列上的一个顶层；以及设置在所述顶层和阱阵列之间的微流体通道，该方法包括使液体样本流过所述微流体芯片，在相邻电极之间施加电压以产生介电泳(DEP)力，从而捕获可极化介质，以及测量相邻电极之间的电阻抗。
[0008]在第三方面，本专利技术提供一种制造微流体系统的方法，包括形成一个微流体芯片，在一个衬底上形成多个电极，在所述衬底上形成一个阱阵列，将所述电极连接到一个控制器。所述控制器包括一个函数发生器和一个阻抗分析器。所述控制器能够与移动电话装置通信，传输检测结果。
[0009]术语“可极化介质”指的是粒子或离散体，例如细胞或花粉粒，其能够响应电场而具有感应偶极子。
[0010]术语“代谢产物”是指真核细胞、病毒或细菌产生的蛋白质和有机分子。
[0011]术语“芯片”或“微流体芯片”是指具有一个衬底和一个或多个流体通道的结构。
附图说明
[0012]图1显示了微流体芯片的横向截面图。
[0013]图2显示了微流体芯片的俯视图。
[0014]图3示出了微流体芯片和流体控制系统。
[0015]图4示出了微流体系统，包括微流体芯片、控制器和流体控制系统。
[0016]图5示出了微流体系统。
[0017]图6是待测试的微流控芯片。
[0018]图7是图6的一部分(方框部分)的放大显微图像，示出了阱和叉指形电极(IDEs)，包括10个分区，每个分区包含1000个阱。
[0019]图8是图7的一部分(方框部分)的放大显微图像，示出了阱和IDE结构的细节。图8 也对应图2，是芯片的俯视图。
[0020]图9是一种微流体平台的示意图，示出了每个分区可以单独操作或者与相邻分区结合来捕获特定的细胞类型。
[0021]图10是显示在微流体芯片上利用DEP捕获细胞的示意图。
[0022]图11A是显示在不同流速和15伏的固定DEP下所获得的分区占用状态的曲线图。
[0023]图11B是示出在不同流速和15伏的固定DEP下获得的分区占用状态分布的曲线图。
[0024]图11C是显示在不同流速和15伏的固定DEP下获得的所有引入细胞的捕获状态分布的图。
[0025]图12A是显示在不同的DEP信号振幅和0.8μL/分钟的固定流速下获得的分区占用状态的曲线图。
[0026]图12B是显示在不同的DEP信号振幅和0.8μL/分钟的固定流速下获得的分区占用状态分布的曲线图。
[0027]图12C是显示在不同DEP信号振幅和0.8μL/分钟的固定流速下获得的所有细胞的捕获状态分布的图。
[0028]图13是恶性乳腺细胞(MDA
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231)和良性乳腺细胞(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从含有可极化介质混合物的样本中选择和检测某种可极化介质的微流体芯片，其特征在于，包括:一个衬底；设置在所述衬底上的至少三个电极，相邻电极之间具有一个间隙，形成多个间隙；设置在所述衬底上的一个阱阵列，其具有位于所述多个间隙上的多个阱；设置在阱阵列之上的一个顶层，以及处于所述顶层和所述阱阵列之间的微流体通道。2.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述电极包括选自铝、金、铜、碳、钛、银、铂、钯及其混合物的金属。3.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述阱阵列由选自环氧树脂、水凝胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯和聚乙二醇的一种材料形成。4.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述阱是圆形的，并且每个阱的直径至多为30μm。5.根据权利要求4所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述阱阵列包括第一分区的阱和第二分区的阱，并且第一分区的阱的直径大于第二分区的阱的直径。6.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，所述衬底上的顶层将所述微流体通道限定在所述阱阵列和所述顶层之间。7.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述阱阵列包括1，000至10，000个阱。8.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述电极包括3至100个电极。9.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其包括第一分区和第二分区，并且，所述电极包括在第一分区中的两个叉指形电极(IDE)和在第二分区中的两个叉指形电极(IDE)。10.根据权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，其中所述阱的深度为5至20μm。11.一种用于分析包含可极化介质混合物的液体样本的微流体系统，其特征在于，包括:根据权利要求1所述的微流体芯片，其还包括连接到所述微流体通道的输入腔和输出腔，一个输入流体管，连接到所述微流体芯片的所述输入腔，一个输出流体管，连接到所述微流体芯片的所述输出腔，一个控制器，以及连接器，将微流体芯片的所述至少三个电极电连接到所述控制器，其中，微流体系统被配置成:在每组相邻电极之间产生介电泳(DEP)力，以及测量相邻电极之间的阻抗。12.根据权利要求11所述的微流体系统，其特征在于，其被配置为使用非法拉第电化学阻抗谱来测量阻抗(nF
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EIS)。13.根据权利要求11所述的微流体系统，其特征在于，还包括将样本引入所述输入流体管的泵。
14.根据权利要求13所述的微流体系统，其特征在于，其中所述泵是注射泵。15.根据权利要求11所述的微流体系统，其特征在于，其中所述控制器包括：一个中央处理器，一个存储器，一个函数发生器，一个示波器，以及一个阻抗分析仪。16.根据权利要求15所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颉，卢卡思，
申请(专利权)人：北京力顿生物电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：