基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片及其应用，芯片包括基板和微流控芯片，基板具有微波谐振传感单元；微流控芯片键合于基板上；微波谐振传感单元包括微带传输线、低频谐振器和高频谐振器，低频谐振器和高频谐振器围绕所述微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构；微流控芯片采用螺旋微流控芯片。本发明专利技术采用低频谐振器和高频谐振器围绕微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构，能够进一步增强开口环与微带传输线之间的耦合作用，提高了其微波介电检测灵敏度，并且能够分别在两个不同的频段发生谐振，相互独立工作，互不干扰。互不干扰。互不干扰。

【技术实现步骤摘要】
基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，尤其是指一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片及其应用。

技术介绍

[0002]生物传感器是一种对生物介质分子敏感并能将其物质浓度变化转换为微弱的电信号进行检测的仪器，生物传感器通常是由固定化的生物敏感材料作为识别元件，适当的理化换能器及具有信号放大功能的硬件装置共同构成的分析工具或具有信号接收转换功能的系统。生物传感器的类型通常与被检生物标记物溶液有关，被检溶液在不同的浓度条件下通常会表现出不同的电导率、折射率和介电常数，而基于上述的三个参数则可以实现三种不同类型的生物传感器：电化学、光学和微波生物传感器。其中，微波生物传感器通过利用被检生物标记物自身介电特性的变化所引起的微波器件的参数改变来实现生物传感的功能。相比于电化学和光学生物传感器，微波生物传感器具有反应速度快、灵敏度高、操作简单、无需荧光标记、易于集成、多参数测量以及非接触式检测等优点，因而引起了广泛关注。
[0003]在生物医学领域，为了对目标病原体、激素、细菌微生物等分析物实现更精确的检测，研发一种微型化且具备实时检测功能的传感设备对于当前即时护理和其他医疗领域的应用具有相当重要的意义。鉴于此，微流控技术应运而生。微流控分为主动式和被动式，利用声光电磁热等技术手段实现对微观粒子的分选、富集、捕捉等操纵，以微带微波平面谐振器结合微流体通道的传感芯片在溶液检测和生物传感领域已经得到了广泛的应用。同时，微波器件凭借其高灵敏度、强穿透性、多参数表征以及快速响应等优势，其介电检测性能也在不断地提升。再结合微流控芯片的微型化、快响应速度、高集成度等特点，使得微波微流体生物传感芯片在细胞分析、临床检测、食品加工等方面获得了很大的进展。但是，现有的微波器件存在以下缺陷：例如在微波微流体生物传感芯片的设计中，微波谐振器存在类似缺乏特异性选择的缺陷，虽然可以在微波器件上添加特定的生物蛋白酶和抗体等进行修饰，但这类生物分子往往会随着时间或环境的影响而失去活性甚至凋亡，而且通常此类生物分子的培养成本较高，同时在金属导体上进行生物修饰往往需要较复杂的工艺，这对特定的生物细胞检测带来了不少困扰。而目前的研究大多只是选择结构较为简单的微流体通道，仅仅将待测溶液放置在传感芯片的检测敏感区间，而无法避免微波器件选择性较差的缺陷。因此，对微流控芯片进行结构的设计使其能达到实时分选、富集或捕捉等控制手段来弥补微波器件的选择性不足的关键问题显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片及其应用，其能够实现一体化的细胞分选检测。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，包括：
[0006]基板，其具有微波谐振传感单元；
[0007]微流控芯片，其键合于所述基板上；
[0008]其中，所述微波谐振传感单元包括微带传输线、低频谐振器和高频谐振器，所述低频谐振器和高频谐振器围绕所述微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构；所述微流控芯片采用螺旋微流控芯片。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，还包括接地块和射频信号连接头，所述基板背向所述微流控芯片的一面连接所述接地板，所述基板上还设置有射频信号连接头。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述微带传输线为U型，所述低频谐振器和高频谐振器围绕U型微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述U型微带传输线包括直线部分和圆弧部分，所述U型微带传输线的宽度为1.37mm，U型微带传输线的直线部分的长度为56mm，U型微带传输线的圆弧部分的内径为22mm。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述低频谐振器的开口环的长度为16mm，宽度为7.3mm，开口间隙为1mm，开口环到U型微带传输线的直线距离为0.1mm；所述高频谐振器的开口环的长度为10mm，宽度为5mm，开口间隙为1mm，开口环到U型微带传输线的直线距离为0.1mm。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述螺旋微流控芯片包括一级分选微流控单元、二级低频分选微流控单元和二级高频分选微流控单元，所述一级分选微流控单元、二级低频分选微流控单元和二级高频分选微流控单元均包括螺旋流道主体以及连接所述螺旋流道主体的进液部和出液部，所述一级分选微流控单元的出液部连通所述二级低频分选微流控单元和二级高频分选微流控单元的进液部。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述一级分选微流控单元和/或二级低频分选微流控单元和/或二级高频分选微流控单元采用阿基米德螺旋线作为流道拓扑结构，初始流道内径为3.6mm，流道截面形状为矩形结构，流道宽度为0.15mm，流道高度为0.05mm，截面深宽比为1:3，相邻流道间距为0.5mm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述出液部包括第一出液口、第二出液口和直流道，所述直流道连接所述螺旋流道主体，所述第一出液口和第二出液口连通所述直流道呈分岔结构。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述第一出液口和第二出液口的半径为1mm，所述直流道的宽度为0.25mm。
[0017]此外，本专利技术还提供了一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片在细胞分选、细胞检测领域的应用。
[0018]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0019]1.本专利技术采用低频谐振器和高频谐振器围绕微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构，能够进一步增强开口环与微带传输线之间的耦合作用，提高了其微波介电检测灵敏度，并且能够分别在两个不同的频段发生谐振，相互独立工作，互不干扰；
[0020]2.本专利技术提出的微流控芯片采用螺旋微流控芯片，能够借助微流体惯性离心效
应，实现对不同粒径的生物细胞的分选，并实时利用微波检测的快速响应、非接触特性完成对生物样品的高灵敏微波介电表征，实现一体化的细胞分选检测。
附图说明
[0021]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0022]图1为本专利技术提出的一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片的结构示意图。
[0023]图2为本专利技术提出的微波谐振传感单元的结构示意图。
[0024]图3为本专利技术提出的螺旋微流控芯片的结构示意图。
[0025]附图标记如下：1、射频信号连接头；2、螺母；3、微流控芯片；4、基板；5、接地块；6、输入端口；7、输出端口；8、低频谐振器；9、高频谐振器；10、进液部；11、出液口；12、废液；13、一级分选微流控结构；14、二级低频分选微流控结构；15、二级高频分选微流控结构。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，其特征在于，包括：基板，其具有微波谐振传感单元；微流控芯片，其键合于所述基板上；其中，所述微波谐振传感单元包括微带传输线、低频谐振器和高频谐振器，所述低频谐振器和高频谐振器围绕所述微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构；所述微流控芯片采用螺旋微流控芯片。2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，其特征在于：还包括接地块和射频信号连接头，所述基板背向所述微流控芯片的一面连接所述接地板，所述基板上还设置有射频信号连接头。3.根据权利要求1或2所述的一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，其特征在于：所述微带传输线为U型，所述低频谐振器和高频谐振器围绕U型微带传输线对称设置，构成双分裂开口环结构。4.根据权利要求3所述的一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，其特征在于：所述U型微带传输线包括直线部分和圆弧部分，所述U型微带传输线的宽度为1.0
‑
1.5mm，U型微带传输线的直线部分的长度为50
‑
60mm，U型微带传输线的圆弧部分的内径为20
‑
25mm。5.根据权利要求3所述的一种基于螺旋微流控阵列的分选检测一体化传感芯片，其特征在于：所述低频谐振器的开口环的长度为14
‑
18mm，宽度为6.5
‑
7.5mm，开口间隙为0.5
‑
1.0mm，开口环到U型微带传输线的直线距离为0.1
‑
0.5mm；所述高频谐振器的开口环的长度为8
‑
12mm，宽度为4.5
‑
5.5mm，开口间隙为0.5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：强天，李渊博，雷玉双，李仲浩，杨森，陈仟龙，王彦雄，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：