CN102212458A - 基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构及其制作方法 - Google Patents

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常洪龙
张峰
丁继亮
谢建兵
陈方璐
苑伟政
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting

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Abstract

本发明公开了一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构及其制作方法，属于微流控芯片领域。该结构包括上基体和下基体，其材料均为PDMS；下基体有一凹域形成分选区，分选区内有微柱阵列，上基体与下基体键合，上基体上有贯通的进样口和出样口与分选区连通；拉伸驱动装置通过芯片夹持器与键合的上基体和下基体连接。通过调节拉伸驱动装置的输出拉力，精确控制PDMS细胞分选结构的变形，微柱阵列的间距随着所受拉力的增大而增大，从而实现分选孔的大小改变，进而实现细胞分选。克服了现有技术中细胞分选结构存在细胞培养液容易从分选薄膜之间泄漏、微柱阵列间距固定不变等缺点，结构简单，易于实现。

Description

基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构及其制作方法
所属领域：
本发明涉及一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构及其制作方法，属于微流控芯片领域。
背景技术：
细胞分选是从复杂环境中获取性质均一的目标细胞。细胞分选是细胞生理和病理研究的关键环节，其对于重大疾病的诊断和治疗具有重要意义。对于细胞分选方法及相关技术的研究一直都是医学界及相关领域的一个研究热点。随着微机电系统(MEMS)技术的出现及在生物医学领域的应用，产生了许多新的细胞分选方法。现阶段以流式细胞仪为代表的传统细胞分选仪具有体积大、结构复杂、成本高昂等缺点，而基于MEMS技术的微流控芯片可将细胞分选仪微型化。相对于流式细胞技术、免疫磁性微珠分选等传统细胞分选方法，微流控芯片细胞分选方法无需复杂的样品准备过程，且具有分离纯度高、操作简便、成本低廉等诸多优点。
由于生物体细胞尺寸极小且种类繁多，分选难度很大。基于微流控芯片的细胞分选方法主要包括：利用细胞尺寸差异、利用介电电泳、利用强磁场梯度变化等。其中，利用细胞尺寸差异进行细胞分选的方法因为无需对细胞或蛋白质进行特异性标记，对细胞几乎没有损伤，且具有结构紧凑、分选效率高、活性保存良好等诸多优点。
2007年，中科学院电子学研究所崔大付等发明了一种基于微柱阵列的细胞分选方法(XingChen，Dafu Cui，Changchun Liu，Hui Li，Jian Chen，Continuous flow microfluidic device for cellseparation，cell lysis and DNA purification.Analytica Chimica Acta.2007，584：237～243)，并用于血细胞的分选。其核心结构是两列微柱阵列，通过这些微柱阵列进行血细胞离散分选。该方法中的微柱阵列形成后，所设计的微柱阵列间距及分布就无法再改变，仅能针对特定不连续尺寸段的细胞进行分选。在申请号为200910219282.3的专利文献“一种用于细胞分选的微网筛结构及其使用方法”中，提出了一种用于细胞分选的微网筛结构，利用相邻两层分选薄膜之间的直线平动实现分选孔孔径的改变，从而实现细胞的连续分选。这种细胞分选结构存在结构复杂、细胞培养液容易从分选薄膜之间泄漏等弊端。
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有弹性的高分子聚合物，通常由PDMS预聚体和固化剂按照一定的体积比(质量比)混合并聚合而成。PDMS具有非常理想的材料特性：良好的绝缘性，能承受高压，热稳定性高，适合加工各种生化反应芯片，具有很高的生物兼容性和气体通透性，可以用于细胞培养；弹性模量低，适合制作多种微流控芯片。
发明内容：
本发明的目的是：为克服现有技术中细胞分选结构存在结构复杂、微柱阵列间距固定不变、细胞培养液容易从分选薄膜之间泄漏等缺点，本发明提出了一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，通过控制细胞分选芯片的微柱阵列的间距变化实现分选孔径的连续变化，无需多层分选薄膜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：参见图1、图2、图4，一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，包括一层上基体1和下基体2，所述上基体1和下基体2材料均为PDMS；所述下基体2有一凹域形成分选区8，分选区8内有微柱阵列3，微柱阵列3的高度和下基体2上凹域深度一致；所述上基体1与下基体2键合，上基体1上有贯通的进样口6和出样口7与分选区8连通；拉伸驱动装置5通过芯片夹持器4与键合的上基体1和下基体2连接，并使其产生拉伸变形。
作为一种最优方案：微柱阵列3成规则等间距阵列排布。
作为一种最优方案：相邻微柱的距离小于微柱直径。
作为一种最优方案：聚二甲基硅氧烷由PDMS预聚体和固化剂按照体积比(质量比)10∶1混合并聚合而成。
工作时，由于PDMS分选结构收到拉力后产生变形，通过调节拉伸驱动装置5的输出拉力控制PDMS细胞分选结构的变形，PDMS细胞分选结构上的微柱阵列的间距随着所受拉力的增大而增大，从而实现分选孔径的大小改变，进而实现细胞分选。
一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构的制作方法，参见图3，包括如下步骤：
步骤1：制作下基体(2)的模具；
步骤2：按质量比或体积比为5∶1～15∶1，分别量取PDMS预聚体和固化剂，倒入容器中，搅拌5～10分钟，充分混合；并放入真空干燥箱中抽真空，去除气泡；将步骤1制作的模具置于水平实验台，将PDMS倒入模具中，静置24～48小时，待PDMS固化；或根据需要，将模具和PDMS一起放入恒温箱中，加速PDMS固化；
步骤3：脱模，把固化后的PDMS和模具分离；
步骤4：将脱模后印有微柱阵列的PDMS基体与一层平整的PDMS基体键合，形成基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构。
步骤5：将PDMS细胞分选结构通过芯片夹持器4与拉伸驱动装置5连接装配。
本发明的有益效果是：在工作过程中，通过调节拉伸驱动装置的输出拉力，控制PDMS细胞分选结构的变形，PDMS基体上的微柱阵列的间距随着所受拉力的增大而增大，从而实现分选孔的大小改变，进而实现细胞分选。因此，在实现细胞连续分选的同时克服了现有技术中细胞分选结构存在细胞培养液容易从分选薄膜之间泄漏、微柱阵列间距固定不变等缺点，结构简单，易于实现。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明(附图在文字中的引用说明)
图1是本发明提出的基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构示意图
图2是基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构工作原理示意图
图3是基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构制作流程示意图
图4是具体实施例1中细胞分选结构工作过程俯视图示意图
图5是具体实施例1中细胞分选结构剖面图
其中，1-上基体，2-下基体，3-微柱阵列，4-芯片夹持器，5-拉伸驱动装置，6-进样口，7-出样口，8-分选区。
具体实施方式：
具体实施例1：
参照图4和图5，一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，包括一层上基体1和下基体2，所述上基体1和下基体2材料均为PDMS；所述下基体2有一凹域形成分选区8，分选区8内有3×5的微柱阵列3，微柱横截面为圆形，直径为30μm，间距为5μm，微柱阵列3的高度和下基体2上凹域深度均为10μm；所述上基体1与下基体2键合，上基体1上有贯通的进样口6和出样口7与分选区8连通。拉伸驱动装置5通过芯片夹持器4与键合的上基体1和下基体2连接，并使其产生拉伸变形。
具体实施例2：
一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，包括一层上基体1和下基体2，所述上基体1和下基体2材料均为PDMS；所述下基体2有一凹域形成分选区8，分选区8内有5×10的微柱阵列3，微柱横截面为正方形，边长为40μm，间距为10μm，微柱阵列3的高度和下基体2上凹域深度均为15μm；所述上基体1与下基体2键合，上基体1上有贯通的进样口6和出样口7与分选区8连通。拉伸驱动装置5通过芯片夹持器4与键合的上基体1和下基体2连接，并使其产生拉伸变形。

Claims (5)

1.一种基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，其特征在于：包括一层上基体(1)和下基体(2)，所述上基体(1)和下基体(2)材料均为PDMS；所述下基体(2)有一凹域形成分选区(8)，分选区(8)内有微柱阵列(3)，微柱阵列(3)的高度和下基体(2)上凹域深度一致；所述上基体(1)与下基体(2)键合，上基体(1)上有贯通的进样口(6)和出样口(7)与分选区(8)连通；拉伸驱动装置(5)通过芯片夹持器(4)与键合的上基体(1)和下基体(2)连接，并使其产生拉伸变形。
2.一种如权利要求1所述的基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，其特征在于：所述微柱阵列(3)成规则等间距阵列排布。
3.一种如权利要求1所述的基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，其特征在于：相邻微柱间距小于微柱直径。
4.一种如权利要求1所述的基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构，其特征在于：聚二甲基硅氧烷由PDMS预聚体和固化剂按照体积比10∶1混合并聚合而成。
5.一种如权利要求1所述的基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制作下基体(2)的模具；
步骤2：按质量比或体积比为5∶1～15∶1，分别量取PDMS预聚体和固化剂，倒入容器中，搅拌5～10分钟，充分混合；并放入真空干燥箱中抽真空，去除气泡；将步骤1制作的模具置于水平实验台，将PDMS倒入模具中，静置24～48小时，待PDMS固化；或根据需要，将模具和PDMS一起放入恒温箱中，加速PDMS固化；
步骤3：脱模，把固化后的PDMS和模具分离；
步骤4：将脱模后印有微柱阵列的PDMS基体与一层平整的PDMS基体键合，形成基于可变间距微柱阵列的细胞分选结构。
步骤5：将PDMS细胞分选结构通过芯片夹持器(4)与拉伸驱动装置(5)连接装配。
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