CN104928173B - 一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，包括上下配合的上盖板和下底板；其中，上盖板的中央开设有完全贯穿的反应腔；反应腔与垂直于其侧面的反应液进液口和反应液出液口相联通；上盖板上表面键合有石墨烯下隔层；石墨烯下隔层上表面键合有测温板；测温板中央开设有完全贯穿的测温腔；测温腔与垂直于其侧面的荧光液进出口相联通；测温板上表面键合有石墨烯上隔层；上盖板下表面设有声表面波发生结构、微温控结构和垫片；垫片下表面与下底板上表面键合；下底板和上盖板结构完全相同，并相对于垫片上下对称。本发明能够促进反应液的混合和反应的进行，并能对温度进行快速准确的控制，极大地促进反应的进行。

Description

一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件
技术领域：
本发明属于微纳制造技术领域，涉及一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件。
背景技术：
随着生物工程学和医药病理学的迅猛发展，人们期望能够更加快捷和准确地获得细胞内的各种特定信息如基因特性、病理特征等。而细胞裂解则是其中第一步也是非常重要的操作，细胞裂解的质量对后续流程有着很重要的影响，因而研究各种细胞裂解的方法成了相关领域内的一个重要研究课题。细胞裂解又被称作细胞破坏，是使用某种手段使得细胞膜丧失隔离功能的方法，使得细胞内特征目标如蛋白质、DNA等可以释放出来以备检测。评价某种细胞裂解方法的标准主要有：细胞裂解效率和百分比、目标特征的纯度和完好性、设备的价格和集成难度、实验操作的复杂程度等等。
传统的细胞裂解设备往往属大型设备，价格昂贵，无法集成而且难以移动，能耗高，不方便使用，难以大规模推广，而且不能对反应温度进行实时检测和快速调节。
发明内容：
本发明的目的是为了克服传统设备体积大、价格昂贵、无法集成而且难以移动、能耗高、使用不便、难以大规模推广、缺乏温控等缺点，提供了一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，利用声表面波，可以同时在三维空间内对细胞溶液进行混合和裂解；同时设有微温控结构对反应液进行升温或降温，并利用测温板对反应液温度进行实时检测并反馈调节，温控结构保证反应液温度始终处于预定温度。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，包括上下配合的上盖板和下底板；其中，上盖板的中央开设有完全贯穿的反应腔；反应腔与垂直于其侧面的反应液进液口和反应液出液口相联通；上盖板上表面键合有石墨烯下隔层；石墨烯下隔层上表面键合有测温板；测温板中央开设有完全贯穿的测温腔；测温腔与垂直于其侧面的荧光液进出口相联通；测温板上表面键合有石墨烯上隔层；上盖板下表面设有声表面波发生结构、微温控结构和垫片；声表面波发生结构包括叉指电极和叉指电极反射删；垫片下表面与下底板上表面键合；
下底板和上盖板结构完全相同，并相对于垫片上下对称。
本发明进一步的改进在于：上盖板和下底板均为矩形，其基底材料均为铌酸锂晶体。
本发明进一步的改进在于：垫片成条状位于上盖板和下底板两端，材料为聚二甲基硅氧烷，厚度10毫米。
本发明进一步的改进在于：反应腔为边长20毫米的正方形。
本发明进一步的改进在于：声表面波发生结构是在铌酸锂基底材料表面镀金属铝制得。
本发明进一步的改进在于：声表面波发生结构的数量是四个。
本发明进一步的改进在于：测温板尺寸与上盖板相同，其材料为聚二甲基硅氧烷。
本发明进一步的改进在于：石墨烯下隔层和石墨烯上隔层比反应腔尺寸大，且位置上下对齐。
本发明进一步的改进在于：测温腔尺寸与反应腔尺寸相同，且位置上下对齐。
本发明进一步的改进在于：微温控结构为能够加热与降温的帕尔贴，且均匀环绕在反应腔周围。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
工作时，反应液从反应液入口注入，在上盖板与下底板的两个反应腔之间形成液滴，四周悬空；在叉指电极上施加一定频率交变电压，声表面波发生结构激发产生声表面波并从四个方向作用于反应液，在声致微流效应下促使反应液内部高速旋转，加快反应的进行；测温腔里注入一定浓度的罗丹明溶液，随着反应液温度变化罗丹明溶液荧光亮度改变，利用高速照相机获得罗丹明溶液荧光亮度信息进而确定反应液实时温度并反馈调节微温控结构对反应液进行加温或制冷，实现对反应温度的实时精准控制。
本发明可以从三维多个方向对反应液施加声表面波促使反应液高速旋转，以更好的效率促进反应液中的各种微化学反应，同时还设有荧光比色测温结构及微温控结构，能够实现对反应温度的实时监测和精准控制。利用本发明可以同时完成反应液的混合、细胞裂解、核酸外围蛋白质降解及核酸扩增等一系列反应，同时也适合促进其他许多的微化学反应。该发明设备简单便携，集成度高，需要样本较少，能耗较低，反应效率高，温度控制快速精准。
利用本发明可以同时完成反应液的混合、细胞裂解、核酸外围蛋白质降解及核酸扩增等一系列反应，同时也适合促进其他许多的微化学反应。
附图说明：
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明上盖板的仰视图。
图3是本发明剖视图。
图4是本发明的工作样例侧视图。
图中：1.上盖板，2.反应腔，3.石墨烯下隔层，4.测温板，5.测温腔，6.石墨烯上隔层，7.声表面波产生结构，8.微温控结构，9.垫片，10.下底板，11.反应液进液口，12.反应液出液口，13.荧光液进出口，14.叉指电极，15.叉指电极反射删，16.反应液。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，包括上下配合的上盖板1和下底板10。
参见图2和图3，上盖板1的中央开设有完全贯穿的反应腔2；反应腔2与垂直于其侧面的反应液进液口11和反应液出液口12相联通；上盖板1上表面键合有石墨烯下隔层3；石墨烯下隔层3上表面键合有测温板4；测温板4中央开设有完全贯穿的测温腔5；测温腔5与垂直于其侧面的荧光液进出口13相联通；测温板4上表面键合有石墨烯上隔层6；上盖板1下表面设有声表面波发生结构7、微温控结构8和垫片9；垫片9下表面与下底板10上表面键合；所述下底板10和上盖板1结构完全相同，并关于垫片上下对称；声表面波发生结构7包括叉指电极14和叉指电极反射删15。
本发明工作示意图如图4所示。反应液16从反应液进液口11注入，在上盖板1与下底板10的两个反应腔2之间形成液滴，四周悬空；由荧光液进出口13往测温腔5里注入一定浓度的罗丹明溶液，随着反应液温度变化罗丹明溶液荧光亮度改变，利用高速照相机获得罗丹明溶液荧光亮度信息进而确定反应液实时温度并反馈调节微温控结构8对反应液进行加温或制冷，实现对反应温度的实时精准控制；信号发生器输出一定频率的交流电压通过功率放大器施加在叉指电极14，交流电压频率往往取声表面波的谐振频率，此时压电震荡最大，反应效果最好。交流电压在叉指电极14处形成交变电场，由于压电效应压电材料基底会产生震荡，发出声表面波。声表面波在压电基底表面传播，在反应腔2内与反应液16耦合，产生声致微流效应，促使液滴内部高速旋转。本发明中共有四个声表面波发生结构，可以在三维四个方向上对液滴施加声表面波，以更好的效率促进反应液中细胞溶液与裂解液的混合、细胞裂解以及核酸周围蛋白质降解乃至核酸的扩增反应等各种微化学反应的进行。
本发明利用声表面波的声致微流效应，从三维多个方向对反应液施加声表面波促使反应液高速旋转，并且设有荧光比色测温确定反应液实时温度并反馈调节微温控结构对反应液进行加温或制冷，实现对反应温度的实时精准控制，从而以更好的效率促进反应液中细胞溶液与裂解液的混合、细胞裂解以及核酸吸附蛋白质的降解至核酸的扩增反应等各种微化学反应的进行。本发明采用微纳加工工艺，大大减小了设备体积，与现有传统设备相比集成度高、携带方便、节约能耗、加工成本低、需要样本少，同时在反应过程中采用全固定的设备，避免了传统设备因为部件运动造成的设备可靠性降低的缺陷。

Claims (8)

1.一种适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：包括上下配合的上盖板(1)和下底板(10)；其中，上盖板(1)的中央开设有完全贯穿的反应腔(2)；反应腔(2)与垂直于其侧面的反应液进液口(11)和反应液出液口(12)相联通；上盖板(1)上表面键合有石墨烯下隔层(3)；石墨烯下隔层(3)上表面键合有测温板(4)；测温板(4)中央开设有完全贯穿的测温腔(5)；测温腔(5)与垂直于其侧面的荧光液进出口(13)相联通；测温板(4)上表面键合有石墨烯上隔层(6)；上盖板(1)下表面设有声表面波发生结构(7)、微温控结构(8)和垫片(9)；声表面波发生结构(7)包括叉指电极(14)和叉指电极反射删(15)；垫片(9)下表面与下底板(10)上表面键合；
下底板(10)和上盖板(1)结构完全相同，并相对于垫片(9)上下对称；
石墨烯下隔层(3)和石墨烯上隔层(6)比反应腔(2)尺寸大，且位置上下对齐；
测温腔(5)尺寸与反应腔(2)尺寸相同，且位置上下对齐；
反应液(16)从反应液进液口(11)注入，在上盖板(1)与下底板(10)的两个反应腔(2)之间形成液滴，四周悬空；由荧光液进出口(13)往测温腔(5)里注入一定浓度的罗丹明溶液，随着反应液温度变化罗丹明溶液荧光亮度改变，利用高速照相机获得罗丹明溶液荧光亮度信息进而确定反应液实时温度并反馈调节微温控结构(8)对反应液进行加温或制冷，实现对反应温度的实时精准控制。
2.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：上盖板(1)和下底板(10)均为矩形，其基底材料均为铌酸锂晶体。
3.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：垫片(9)成条状位于上盖板(1)和下底板(10)两端，材料为聚二甲基硅氧烷，厚度10毫米。
4.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：反应腔(2)为边长20毫米的正方形。
5.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：声表面波发生结构(7)是在铌酸锂基底材料表面镀金属铝制得。
6.根据权利要求1或5所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：声表面波发生结构(7)的数量是四个。
7.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：测温板(4)尺寸与上盖板(1)相同，其材料为聚二甲基硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的适用于细胞混合与裂解的三维集成式微化学反应器件，其特征在于：微温控结构(8)为能够加热与降温的帕尔贴，且均匀环绕在反应腔(2)周围。
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