CN108414303B - 一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器 - Google Patents

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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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/33—Disintegrators

Abstract

本发明公开了一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器，包括压电衬底以及设置于压电衬底上的叉指换能器，该胶带与叉指换能器的声表面波传出端相对，在叉指换能器与胶带之间滴有缓冲液；该缓冲液中含有细胞和与之产生碰撞的颗粒，且所述缓冲液紧贴胶带边缘。本发明利用声表面波的声致微流效应，带动液滴及液滴中的细胞与颗粒高速运动，从而可以达到裂解细胞的效果。本发明制作工艺简单，裂解能耗低，有利于细胞裂解后蛋白和核酸的后续分析，并且利用颗粒与细胞碰撞效应大大提高了细胞裂解的效率，有很大的应用前景。

Description

一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器
技术领域
本发明涉及生物医学传感领域，尤其是一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器。
技术背景
近年来，在医学检测需求量大大增加的前提下，生物传感器得到了飞速发展。新型的生物传感器使用微纳加工的方法将传感器小型化，在微纳尺度上进行传感检测，大大提高了传感灵敏度。这些传感器使得疾病在早期被诊断成为了可能，从而可以尽早地采取医学手段进行预防和治疗，使疾病对人体的伤害尽可能降低。
新型生物传感器是用来分析存在于人体液中的各种DNA、RNA、蛋白质等标志物，从而检测或鉴定各类疾病。但是这些标志物有很大一部分存在于细胞内部，检测的时候必须将细胞裂解，用传统生物方法提取并收集细胞内的DNA、RNA、蛋白质等，才能进一步用传感器来检测。
因此，迫切需要一种为传感检测提供样品的细胞前处理装置，来实现细胞裂解，释放细胞内物质。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器。降低了功耗，提高了细胞裂解效率，同时采用微纳加工工艺制作，使得细胞裂解器可与后续生物传感器集成，减少检测时间，提高检测效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于声表面波的颗粒碰撞细胞裂解器，包括压电衬底和设置于压电衬底上的叉指换能器，在压电衬底上有与叉指换能器位于同一平面上且与叉指换能器的声表面波传出端相对的胶带，所述叉指换能器与对侧胶带之间滴有含有细胞的缓冲液；所述液滴中含有细胞和与之产生碰撞的颗粒，所述缓冲液紧贴胶带边缘。
利用声表面波的声致微流效应，带动液滴及液滴中的细胞与颗粒高速运动，在高速运动过程中，体积大的细胞与体积小的颗粒由于速度不同而产生相互碰撞，从而裂解细胞。
所述压电衬底为铌酸锂晶片
所述叉指换能器产生的声表面波为瑞利波
所述叉指换能器为一个，也可以是多个，叉指对数为20至40。指条宽度为1毫米至2厘米，周期为80至200微米。细胞和颗粒运动速度可以通过调节输入功率大小来调节。
所述胶带可以为透明胶带、3M胶带等。
所述胶带用于在叉指换能器产生声表面波后裂解过程中防止液滴过度流动。
所述胶带的位置为与叉指换能器产生的声表面波传出方向相对，且胶带的层数为一层至多层，单层胶带厚度为52微米，厚度可通过胶带层数控制。
所述胶带与叉指换能器的指条之间相互平行。
所述碰撞颗粒材质可以为二氧化硅球、PS球、磁珠等的一种或多种。
所述碰撞颗粒形状可以为球形、椭球形、星形、菱形等一种或多种。
所述碰撞颗粒直径根据颗粒形状确定，最大不能超过所破碎的细胞直径。
本发明的有益效果：
(1)利用声表面波声致微流效应，使液滴高速运动，从而带动液滴里的细胞和颗粒运动，在转动过程中由于同一时刻细胞和颗粒速度不同产生碰撞，达到裂解细胞的目的。制作工艺简单，只需在压电衬底上进行一次光刻即可。
(2)器件体积小，便于与传感单元集成。
(3)与传统的微柱与细胞碰撞裂解方法相比，利用颗粒与细胞之间碰撞裂解细胞，降低了裂解功率，提高了裂解效率。
附图说明
图1为本发明细胞粉碎器的侧视图；
图2为本发明细胞粉碎器的俯视图；
其中：1—叉指换能器；2—压电衬底；3—缓冲液；4—细胞；5—碰撞颗粒；6—胶带。
具体实施方式
为使本发明的实施目的、技术方案和优势更加清楚，下面结合附图对本发明进行详细解释：
本发明其中一个实施例的细胞裂解器侧视图如图1所示，细胞裂解器包括压电衬底2和设置于压电衬底上的叉指换能器1，压电衬底2包括铌酸锂晶体等体声波材料和氧化锌等薄膜材料。叉指换能器1由金属制备而成，优选金或者铝。叉指换能器1可通过改变叉指电极的指条周期调节其频率。
在压电衬底2上有与叉指换能器位于同一平面上且与叉指换能器的声表面波传出端相对的胶带6，所述叉指换能器1与胶带6之间滴有含有细胞的缓冲液3；所述缓冲液中含有细胞4和与之产生碰撞的颗粒5，所述缓冲液紧贴胶带边缘。
加载到叉指换能器信号频率在30.5MHz,功率1.5W。
叉指换能器1产生的声表面波为瑞利波。
叉指换能器1为一个，也可以是多个，叉指对数为20至40对。指条宽度和周期为1厘米和120微米。细胞和颗粒运动速度可以通过调节输入功率来调节。
胶带6可以为3M胶带。用于在叉指换能器1产生声表面波后裂解过程中防止液滴被驱动。
胶带6的位置为与叉指换能器1产生的声表面波传出方向相对，且胶带的层数为一层至多层，单层胶带厚度为52微米，厚度可通过胶带层数控制。
胶带6与叉指换能器1的指条之间相互平行。
碰撞颗粒材质可以为二氧化硅球、PS球、磁珠等的一种或多种。
碰撞颗粒形状可以为球形、椭球形、星形、菱形等一种或多种。
碰撞颗粒直径根据颗粒形状确定，最大不能超过所破碎的细胞直径。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种颗粒碰撞细胞裂解器，其特征在于，包括一压电衬底和设置于压电衬底上的叉指换能器，在压电衬底上还设有与叉指换能器位于同一平面的胶带，所述胶带与叉指换能器的指条相互平行，所述胶带的层数为一层或多层，单层胶带厚度为微米，该胶带与叉指换能器的声表面波传出端相对，在叉指换能器与胶带之间滴有缓冲液；该缓冲液中含有细胞和与之产生碰撞的颗粒，所述碰撞颗粒为二氧化硅球、PS球、磁珠中的一种或多种，且所述缓冲液紧贴胶带边缘，所述叉指换能器为一个或多个，叉指对数为20至40，指条宽度为1毫米至2厘米，周期为80至200微米。
2.如权利要求1所述的颗粒碰撞细胞裂解器，其特征在于，所述压电衬底为铌酸锂晶片。
3.如权利要求1所述的颗粒碰撞细胞裂解器，其特征在于，所述叉指换能器产生的声表面波为瑞利波。
4.如权利要求1所述的颗粒碰撞细胞裂解器，其特征在于，所述胶带为透明胶带、3M胶带。
5.如权利要求1所述的颗粒碰撞细胞裂解器，其特征在于，所述碰撞颗粒直径根据颗粒形状确定，最大不能超过所破碎的细胞直径。
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