一种多层通孔阵列滤膜、制备方法及应用技术

本发明专利技术实施例提供了一种多层通孔阵列滤膜、制备方法及应用，涉及先进制造与生物医学工程领域。所述多层微孔滤膜包含一体制备的具有不同孔径的多层聚合物膜，自上而下孔径递减的多层通孔阵列贯穿连通，流体自大孔层流入，小孔层流出。多层通孔阵列滤膜具有三维特点，可以首先利用小孔层实现样本中目标细胞和背景细胞的高效率富集与去除，再利用大孔实现对目标单细胞固定和限位，为后续开展单细胞操控和分析奠定基础。和分析奠定基础。和分析奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种多层通孔阵列滤膜、制备方法及应用


[0001]本专利技术实施例涉及先进制造与生物医学工程领域，尤其涉及一种多层通孔阵列滤膜、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTCs)是外周血中发现的一种丰度极低的稀有细胞，它从实体瘤中脱落并进入体内血管循环系统。研究表明，CTCs具有广泛的分子异质性，且这种异质性贯穿于疾病发展的整个过程。CTCs作为可持续且容易获得的肿瘤细胞来源，被视为原发性和转移性肿瘤的“液体活检”目标对象。基于液体活检技术的CTCs分离富集方法主要可分为基于物理性质分离和基于生物亲和性分离两类。基于物理性质的CTCs分离方法可以保留目标细胞的异质性，并且能够实现全部目标细胞的富集。其中，基于细胞大小分离的微孔过滤法已被公认为有望实现高通量分离，满足处理实际临床样品需求。然而，由于非特异性捕获的白细胞(White blood cells,WBCs)带来的污染，可能会混淆CTC信号，使得CTC相关的研究在CTCs的定量表征阶段相对停滞不前。单纯的CTC计数不能反映出肿瘤生物学的异质性。因此，对单个CTC的操控与分子特征的分析仍然是一个巨大的挑战。
[0003]因此，目前亟需一种可以实现单细胞操控功能的微孔滤膜，推动CTC在单个分子水平上异质性研究的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种多层通孔阵列滤膜、制备方法及应用，以至少部分解决相关技术中存在的问题。
[0005]本专利技术实施例第一方面提供了一种多层通孔阵列滤膜，所述多层通孔阵列滤膜包含具有不同孔径的多层聚合物膜，其中，每层滤膜的每个滤孔一一对应、形成自上而下孔径递减贯穿连通的多层通孔阵列，流体自大孔层流入，小孔层流出，所述小孔层用于对流体中的背景细胞进行去除，所述大孔层用于对目标单细胞固定和限位以进行单细胞操控或分析，所述多层通孔阵列滤膜由聚合物保形沉积得到。
[0006]可选地，所述小孔层的滤孔孔径的特征尺寸小于等于目标细胞的直径；所述大孔层的滤孔孔径的特征尺寸大于目标细胞的直径并小于等于三倍目标细胞的直径；所述大孔层的滤孔孔径间隙小于所述背景细胞的半径。
[0007]可选地，所述多层通孔阵列滤膜的每层滤膜厚度为5～10μm。
[0008]可选地，所述多层通孔阵列滤膜中的每层滤膜的微孔形状为正六边形、正方形、圆形中的一种或多种；
[0009]本专利技术实施例第二方面提供了一种多层通孔阵列滤膜的制备方法，所述方法包括：
[0010]制备多层不同孔径的图形化微孔掩膜；
[0011]将所述图形化微孔掩膜作为多次深硅刻蚀掩膜，利用深反应离子刻蚀硅制备一体多层滤膜的硅微柱阵列结构；
[0012]在所述硅微柱阵列上保形淀积聚合物，直至完成微柱间隙填充；
[0013]去除硅微柱阵列顶端表面以上的聚合物，直至微孔对应硅微柱阵列顶端表面全部露出，形成该聚合物的一体多层微孔阵列；
[0014]释放该一体多层微孔阵列，获得一体成型的多层通孔阵列滤膜；
[0015]所述多层通孔阵列滤膜包含具有不同孔径的多层聚合物膜，其中，每层滤膜的每个滤孔一一对应、形成自上而下孔径递减贯穿连通的多层通孔阵列，流体自大孔层流入，小孔层流出，所述小孔层用于对流体中的背景细胞进行去除，所述大孔层用于对目标单细胞固定和限位以进行单细胞操控或分析。
[0016]可选地，去除硅微柱阵列顶端表面以上的聚合物，直至微孔对应硅微柱阵列顶端表面全部露出，形成该聚合物的一体多层微孔阵列，包括：
[0017]在完成微柱间隙填充之后，增加氧等离子体刻蚀聚合物获得硅上聚合物目标厚度，所述目标厚度为最上层微孔阵列厚度；
[0018]在所述聚合物表面沉积金属薄层；
[0019]光刻并进行刻蚀或腐蚀金属实现聚合物表面金属薄层图形化；去除光刻胶；利用反应离子直接刻蚀聚合物，刻蚀深度为硅表面聚合物厚度；去除聚合物上金属薄层掩膜，形成该聚合物的一体多层微孔阵列。
[0020]可选地，制备多层不同孔径的图形化微孔掩膜，包括：
[0021]在衬底上沉积形成固体薄膜并旋涂光刻胶；
[0022]利用光刻曝光显影和图形化技术形成微孔掩膜；
[0023]去除所述光刻胶；
[0024]重复上述步骤，使用多种不同固体薄膜制备多层具有不同孔径的图形化微孔掩膜。
[0025]可选地，所述聚合物为聚对二甲苯。
[0026]本专利技术实施例第三方面提供了一种多层通孔阵列滤膜的应用，应用于目标细胞富集和目标单细胞操控，所述多层通孔阵列滤膜包含具有不同孔径的多层聚合物膜，其中，每层滤膜的每个滤孔一一对应、形成自上而下孔径递减贯穿连通的多层通孔阵列，流体自大孔层流入，小孔层流出，所述小孔层用于对流体中的背景细胞进行去除，所述大孔层用于对目标单细胞固定和限位以进行单细胞操控或分析。
[0027]可选地，所述小孔层的滤孔孔径的特征尺寸小于等于目标细胞的直径；所述大孔层的滤孔孔径间隙小于所述背景细胞的半径。
[0028]本专利技术实施例中，提供的多层通孔阵列滤膜具有三维特点，可以首先利用小孔层实现样本中目标细胞和背景细胞的高效率富集与去除，再利用大孔实现对目标单细胞固定和限位，为后续开展单细胞操控和分析奠定基础。
[0029]本专利技术实施例中，实现了一体化制备大面积、高密度、高精度的多层微孔阵列滤膜。基于聚合物和硅基微纳加工技术保证了规模制造能力、微孔阵列精度和均匀性。聚对二甲苯气态沉积实现了保形沉积，保证了多层微孔阵列滤膜的一体性和机械可靠性。本专利技术实施例中，一体多层微孔滤膜的大孔间隙小于背景细胞的半径，保证背景细胞和杂质等在
过滤过程中更易于被流体带走，降低滤膜上的非特异性吸附。
[0030]本专利技术实施例中，提供的多层微孔滤膜工作面积大，在过滤工作时无需外力驱动，仅在重力作用下即可完成细胞富集，对细胞损伤小，过滤未稀释的全血样本的处理通量高达18mL/min，可将大体积(>5mL)复杂样本快速浓缩至小体积(<200μL)。
[0031]本专利技术实施例中，提供的多层微孔滤膜采用聚对二甲苯材料制备，该材料具有良好的透光率，为后续开展单细胞观察和操控提供了便利条件。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术实施例的一种多层通孔阵列滤膜的示意图；
[0034]图2是本专利技术实施例的一种多层通孔阵列滤膜的正六边形滤孔的对角线方向截面示意图；
[0035]图3是本专利技术实施例的一种多层通孔阵列滤膜的正六边形滤孔的对边方向截面示意图；
[0036]图4是本专利技术实施例的一种多层通孔阵列滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层通孔阵列滤膜，其特征在于，所述多层通孔阵列滤膜包含具有不同孔径的多层聚合物膜，其中，每层滤膜的每个滤孔一一对应、形成自上而下孔径递减贯穿连通的多层通孔阵列，流体自大孔层流入，小孔层流出，所述小孔层用于对流体中的背景细胞进行去除，所述大孔层用于对目标单细胞固定和限位以进行单细胞操控或分析，所述多层通孔阵列滤膜由聚合物保形沉积得到。2.根据权利要求1所述的多层通孔阵列滤膜，其特征在于，所述小孔层的滤孔孔径的特征尺寸小于等于目标细胞的直径；所述大孔层的滤孔孔径的特征尺寸大于目标细胞的直径并小于等于三倍目标细胞的直径；所述大孔层的滤孔孔径间隙小于所述背景细胞的半径。3.根据权利要求1所述的多层通孔阵列滤膜，其特征在于，所述多层通孔阵列滤膜的每层滤膜厚度为5～10μm。4.根据权利要求1所述的多层通孔阵列滤膜，其特征在于，所述多层通孔阵列滤膜中的每层滤膜的微孔形状为正六边形、正方形、圆形中的一种或多种。5.一种多层通孔阵列滤膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：制备多层不同孔径的图形化微孔掩膜；将所述图形化微孔掩膜作为多次深硅刻蚀掩膜，利用深反应离子刻蚀硅制备一体多层滤膜的硅微柱阵列结构；在所述硅微柱阵列上保形淀积聚合物，直至完成微柱间隙填充；去除硅微柱阵列顶端表面以上的聚合物，直至微孔对应硅微柱阵列顶端表面全部露出，形成该聚合物的一体多层微孔阵列；释放该一体多层微孔阵列，获得一体成型的多层通孔阵列滤膜；所述多层通孔阵列滤膜包含具有不同孔径的多层聚合物膜，其中，每层滤膜的每个滤孔一一对应、形成自上而下孔径递减贯穿连通的多层通孔阵列，流体自大孔层流入，小孔层流出，所述小孔层用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，许清梅，徐涵，窦松涛，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：