CN106119095A - 一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片及其制作方法，薄膜基底微通孔列阵生物芯片主要利用癌细胞通常大于正常细胞的性质，采用一系列直径大于正常细胞但小于癌细胞的通孔，通过过滤筛选的方法，将两者分离。本发明公开的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片为厚度均匀透明的薄膜，薄膜上分布着微通孔列阵，制作采用光刻刻蚀的方法。本发明采用透明薄膜通孔结构，分离癌细胞，有利于现有成熟病理分析手段兼容，便于染色后采用倒置荧光显微镜激发观察，避免背景光干扰，同时薄膜为高分子材料，来源丰富，成本低，微通孔形状和分布多样化，具有更多芯片性能优化的自由度，并利于产业化应用推广。

Description

一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及生物及医学检测领域，特别是涉及一种分离与检测循环肿瘤细胞的薄膜基底微通孔列阵生物芯片及其制作方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对生命健康越来越重视，癌症是影响人们生命健康的一个重大难题。发现癌症时，常常为时已晚，如何尽早诊断出癌症，并在早期及时治疗，常能挽回人们的生命。由于超过90％的癌症死亡是由转移造成的，而循环肿瘤细胞是肿瘤转移灶的直接来源，因此从血液中检测循环肿瘤细胞越来越引起人们的重视。
循环肿瘤细胞在外周血中含量极少，每10ml血液可能仅含几个到几百个循环肿瘤细胞，却有多达约1亿个白细胞和500亿个红细胞。因此从外周血中快速、有效的分离循环肿瘤细胞是后续对循环肿瘤细胞进行分析和诊断的前提。
市面上有用核孔膜作为过滤器分离血液细胞的。它是利用核能重离子对薄膜进行照射，然后用化学试剂腐蚀，形成微孔。但核孔膜的微孔分布随机，较多孔都有重叠，形状单一，孔径不均匀，并且整套过滤器具价格昂贵，达到几千元。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足，提供一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片及其制作方法。
本发明所涉及的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片，为厚度均匀且透明的高分子聚合物薄膜，薄膜上分布着微通孔列阵，微通孔为全通结构，薄膜的厚度为5μm～60μm，微通孔孔径为4μm～50μm，微通孔孔径与孔间的间隙比例为1:1～1:10。
进一步，所述高分子聚合物为PI、PMMA或PU。
进一步，所述微通孔为圆形、矩形或正多边形。
进一步，所述微通孔列阵的排布方式为矩形分布或正六边形分布。
本发明所涉及的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法，步骤如下：
(1)将高分子聚合物材料涂覆至硅片、石英片或其他硬质材料基底上，通过紫外固化或热固化形成一层致密的高分子薄膜；
(2)在高分子薄膜表面涂覆6μm～60μm厚的光刻胶、烘烤固化，然后在光刻胶上放上掩膜版，掩膜版的图形为微孔状图形的列阵排布，微孔孔径为4μm～50μm，微孔孔径与孔间的间隙比例为1:1～1:10；曝光、显影后制备出光刻图形；
(3)对有光刻图形的高分子聚合物薄膜进行等离子体刻蚀，刻蚀气体采用氧基气体和氟基气体，流量分别为30sccm和10sccm，刻蚀时间为0.5至6小时，制备出高分子聚合物薄膜微通孔列阵；
(4)清洗表面的残胶，揭下高分子聚合物薄膜，制得高分子聚合物薄膜基底微通孔列阵生物芯片。
进一步，所述高分子聚合物为PI、PMMA或PU。
由于循环肿瘤细胞比血液细胞大且不易形变，可以设计微孔结构，过滤血液细胞，捕获循环肿瘤细胞。本发明利用尺寸及排布方式适当的通孔列阵，实现癌细胞与正常细胞的分离。本发明采用透明薄膜通孔结构，分离癌细胞，在蓝光激光器激发下无荧光，避免背景光干扰，便于染色后采用倒置荧光显微镜激发观察，与现有成熟病理分析手段兼容，有利于市场推广应用。后续可利用现有成熟的癌细胞染色显微计数、细胞培养或基因测序的方法，进一步甄别癌细胞种类。本发明采用高分子聚合物为薄膜基底，材料来源丰富，成本低，柔韧性好。本发明采用光刻制作方法，重复性好，可以灵活设计微通孔的形状及分布，微通孔的密度更大，孔径周期性及大小均匀性好，快速高通量过滤血液细胞，工艺成熟，可以实现批量化生产。
附图说明
图1为圆形微通孔列阵生物芯片示意图；
图2为方形微通孔列阵生物芯片示意图；
图3为正多边形微通孔列阵生物芯片示意图；
图4为薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法流程图；
图5为圆形微通孔列阵生物芯片的扫描电镜图；
上述图中，1为薄膜，2为微通孔列阵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。在本发明中，掩膜版的图形为圆形或多边形微孔状图形的列阵排布，采用不同的掩膜版的图形可制作出不同孔径大小、不同排列方式孔、不同孔径与孔间的间隙比例的微通孔列阵生物芯片。
实施例一：
本实施例所涉及的一种PI薄膜基底微通孔列阵生物芯片如图1所示，结构如下：
厚度为10μm，为均匀透明的PI薄膜1，薄膜1上分布着微通孔列阵2，微通孔为圆形且为全通结构，孔径为8μm，孔径与孔间的间隙比例为1:1，微通孔列阵2的排布方式为矩形分布。其扫描电镜图如图5所示。
本实施例所涉及的一种PI薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法流程图如图4所示，步骤如下：
(1)在500ml的烧杯中，加入二甲基乙酰胺239.1g，然后加入对苯二胺2.3g，4,4'-二氨基二苯醚24.3g，均苯四甲酸二酐21.8g，联苯四甲酸二酐12.6g，反应1小时，得到聚酰胺酸溶液。将聚酰胺酸溶液涂覆在硅片上，匀胶转速为1000rpm，然后在烘箱中梯度升温，从室温升到100℃，保温1小时，然后升温到150℃，保温1小时，升温到200℃，保温1小时，升温到250，保温1小时，热固化，自然冷却，制得10μm厚的PI薄膜。
(2)在PI薄膜上旋涂10μm厚的AZ9260光刻胶，在热板上100℃烘烤5min，然后在光刻胶上放上掩膜版，掩膜版的图形为圆形微孔图形的列阵排布，微孔孔径为8μm，孔径与孔间的间隙比例为1:1，微孔列阵的排布方式为矩形分布，在10mW/cm2的光刻机下曝光10s，在AZ400K显影液中显影50s，制备出光刻图形。
(3)把有光刻图形的PI薄膜放入等离子刻蚀机中，通入O2和SF6气体。O2的流量为30sccm，SF6的流量为10sccm，在100W功率下刻蚀1小时，制备出PI薄膜微通孔阵列。
(4)清洗表面的残胶，在硅片上揭下PI薄膜，制得PI薄膜基底微通孔列阵生物芯片。
实施例二：
本实施例所涉及的一种PMMA薄膜基底微通孔列阵生物芯片如图2所示，结构如下：
厚度为5μm，为均匀透明的PMMA薄膜1，薄膜1上分布着微通孔列阵2，微通孔为正方形且为全通结构，微通孔孔径为4μm，孔径与孔间的间隙比例为1:5，微通孔列阵2的排布方式为矩形分布。
本实施例所涉及的一种PMMA薄膜基底微通孔阵列生物芯片的制作方法流程图如图4所示，步骤如下：
(1)用电子天平称取3gPMMA颗粒，放入盛有30ml的冰醋酸的玻璃瓶中，搅拌后静置2小时，得到PMMA溶液。将PMMA溶液涂覆在硅片上，匀胶转速为2000rpm，150℃烘烤20min，热固化，自然冷却，制得5μm厚的PMMA薄膜。
(2)在PMMA薄膜上旋涂6μm厚的AZ9260光刻胶，在热板上100℃烘烤3min，然后在光刻胶上放上掩膜版，掩膜版的图形为正方形的微孔状图形的列阵排布，微孔孔径为4μm，孔径与孔间的间隙比例为1:5，微孔列阵的排布方式为矩形分布，在10mW/cm2的光刻机下曝光6s，在AZ400K显影液中显影40s，制备出光刻图形。
(3)把有光刻图形的PMMA薄膜放入等离子刻蚀机中，通入O2和CHF3气体。O2的流量为30sccm，CHF3的流量为10sccm，在100W功率下刻蚀0.5小时，制备出PMMA薄膜微通孔阵列。
(4)清洗表面的残胶，在硅片上揭下PMMA薄膜，制得PMMA薄膜基底微通孔列阵生物芯片。
实施例三：
本实施例所涉及的一种PU薄膜基底微通孔列阵生物芯片如图3所示，结构如下：
厚度为60μm，为均匀透明的PU薄膜1，薄膜1上分布着微通孔列阵2，微通孔为正六边形且为全通结构，孔径为50μm，孔径与孔间的间隙比例为1:10，微通孔列阵2的排布方式为正六边形分布。
本实施例所涉及的一种PU薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法流程图如图4所示，步骤如下：
(1)将106g丙烯酸酯和110g聚乙二醇装入烧瓶中，加热到50℃，在搅拌的同时将196g甲苯二异氰酸酯慢慢加入烧瓶中，保温2小时，慢慢降至室温，加入稀释剂混合均匀，得到聚氨酯预聚体。将聚氨酯预聚体、丙烯酸酯和安息香丁醚按重量比300:150:3加入容器中，混合均匀，得到光敏聚氨酯溶液。将光敏聚氨酯溶液涂覆在石英片上，匀胶转速为800rpm，紫外固化，制得60μm厚的PU薄膜。
(2)在PU薄膜上旋涂60μm厚的AZ50XT光刻胶，在热板上100℃烘烤40min，然后在光刻胶上放上掩膜版，掩膜版的图形为正六边形的微孔状图形的列阵排布，微孔孔径为50μm，孔径与孔间的间隙比例为1:10，微孔列阵的排布方式为正六边形分布，在10mW/cm2的光刻机下曝光60s，在AZ400K显影液中显影60s，制备出光刻图形。
(3)把有光刻图形的PU薄膜放入等离子刻蚀机中，通入O2和SF6气体。O2的流量为30sccm，SF6的流量为10sccm，在100W功率下刻蚀6小时，制备出PU薄膜微通孔阵列。
(4)清洗表面的残胶，在石英片上揭下PU薄膜，制得PU薄膜基底微通孔列阵生物芯片。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片，其特征在于，为厚度均匀且透明的高分子聚合物薄膜，薄膜上分布着微通孔列阵，微通孔为全通结构，薄膜的厚度为5μm～60μm，微通孔孔径为4μm～50μm，微通孔孔径与孔间的间隙比例为1:1～1:10。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片，其特征在于，所述高分子聚合物为PI、PMMA或PU。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片，其特征在于，所述微通孔为圆形、矩形或正多边形。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片，其特征在于，所述微通孔列阵的排布方式为矩形分布或正六边形分布。
5.一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法，其特征在于，该方法步骤如下：
(1)将高分子聚合物材料涂覆至硅片、石英片或其他硬质材料基底上，通过紫外固化或热固化形成一层致密的高分子薄膜，薄膜的厚度为5μm～60μm；
(2)在高分子薄膜表面涂覆6μm～60μm厚的光刻胶、烘烤固化，然后在光刻胶上放上掩膜版，掩膜版的图形为微孔状图形的列阵排布，微孔孔径为4μm～50μm，微孔孔径与孔间的间隙比例为1:1～1:10；曝光、显影后制备出光刻图形；
(3)对有光刻图形的高分子聚合物薄膜进行等离子体刻蚀，刻蚀气体采用氧基气体和氟基气体，流量分别为30sccm和10sccm，刻蚀时间为0.5至6小时，制备出高分子聚合物薄膜微通孔列阵；
(4)清洗表面的残胶，揭下高分子聚合物薄膜，制得高分子聚合物薄膜基底微通孔列阵生物芯片。
6.根据权利要求5所述的一种薄膜基底微通孔列阵生物芯片的制作方法，其特征在于，所述高分子聚合物为PI、PMMA或PU。
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