CN109590033A - 一种分离式多通路全自动进样微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微流控芯片制备技术领域，涉及一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，本发明根据乘法器原理设计微阀的位置和数目，采用软光刻技术，以PDMS为原料制作，通过钢针和特富龙管与下游的分析芯片相连接，在外部气源控制，程序操控下实现CTC研究的多种液体全自动化进样。该装置在外接气源后，在程序控制下能实现较少数目微阀控制的多个通道液体全自动进样，通过转接装置可用于下游不同种类的CTC捕获、鉴定、分析芯片，达到集成的效果。本发明通过使用分离式的多通路进样器，降低了传统集成芯片制作中联合微阀工艺的技术的繁琐性，制备快速，成本低廉，使用灵活，扩大了微阀技术在CTC研究的适用范围。

Description

一种分离式多通路全自动进样微流控芯片
技术领域
本发明属于微流控芯片制备技术领域，涉及循环肿瘤细胞(CTC)研究中的进样方法，具体涉及一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，尤其适用于循环肿瘤细胞研究，该微流控芯片通过转接适用于下游不同种类的CTC捕获、鉴定、分析芯片，达到传统集成芯片的效果，降低制作工艺难度，扩大了适用范围。
背景技术
循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)是指离开原发肿瘤灶，侵袭进入血液的肿瘤细胞，研究显示，CTCs的存在是恶性肿瘤患者出现术后复发和远处转移关键的一步。因此，通过外周血液标本富集CTCs，分析其代谢产物、生物标志物、分子表观遗传学特征等变化，能够更直观地研究肿瘤转移复发的机制，然而实践显示，肿瘤患者外周循环中CTCs的丰度极低，因此实现高灵敏度、快速、分选富集，鉴定和分析CTCs是临床应用的重点和难点。
研究公开了以微细加工为基础，具有微型化、集成化、可控化及自动化等优点的微流控芯片近些年来在多个领域发展迅速。微流控芯片是通过流体在芯片通道中的流动完成相应操作，因此，对微流体的控制是整个系统的核心，其中以气动型微泵和微阀微流体的控制和驱动微流体的方式应用比较广泛。
基于CTCs的稀有性，微流控芯片渐成为研究CTCs强有力的工具。目前，利用微流控芯片进行CTCs的分选富集方法可分为物理方法和生物化学方法；CTCs在微流控芯片内最常用的生物化学方法是利用特异性抗体对CTCs表面表达的肿瘤标记物(通常为EpCAM)的特异性结合捕获标记物阳性的CTCs；其中的物理方法是指利用外力场(例如：磁场，电场，流体场，超声波等)基于细胞间的物理特性(大小、变形性、密度、介电性等)差异进行分选，捕获CTCs后常用特定抗体染色的方法进行鉴定排除血细胞，针对捕获到的CTCs可进一步进行检测标志物，代谢特征，测序等多种生物学特性的分析。实践中，在芯片的制作工艺上，根据版图的要求的不同常需要使用不同的技术，包括光刻，刻蚀，抗体修饰管道等，实践显示，其中部分和气动微阀技术不兼容，造成工艺繁琐，制备复杂，成本昂贵，这在一定程度上限制了微阀驱动系统在CTCs研究中的应用，同时芯片上研究CTC的过程常需要多种试剂依次进样或是多个反应同时进行，传统集成芯片通常为一个微阀控制一个通道或者利用乘法器原理设计微阀的数目，但需要与分析模块制作在同一芯片上，当芯片的进样部分和分析部分工艺不兼容时，就限制了此种工艺在集成芯片的应用范围。
基于现有技术存在的缺陷，本申请的发明人为克服工艺上的限制，拟提供一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，其中充分利用气动微泵和微阀在流体驱动中的优势，设计出一种独立的气动微阀控制的进样模块，以适用于不同种类的CTC芯片，达到全自动多通道进样的目的，实现集成芯片的效果，扩大适用范围，同时兼备制作快速，操作简单，成本低廉等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，尤其适用于循环肿瘤细胞研究分离式多通路全自动进样微流控芯片，其中充分利用气动微泵和微阀在流体驱动中的优势，设计了独立的气动微阀控制的进样模块，能适用于不同种类的CTC芯片，达到全自动多通道进样的目的，实现集成芯片的效果。
本发明根据乘法器原理设计微阀的位置和数目，采用软光刻技术，以PDMS为原料制作，通过钢针和特富龙管与下游的分析芯片相连接，在外部气源控制，程序操控下实现CTC研究中的多种液体全自动化进样。
基于本发明的分离式多通路全自动进样微流控芯片，本发明及一步提供了一种多通路全自动进样的方法。
具体的，本发明的一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，其包括全自动进样芯片通过转接装置制成分离式多通路全自动进样芯片；该芯片通过下述方法制备：利用软光刻技术制作芯片模具，将PDMS浇铸在模具上固化后形成流道层，同时PDMS在匀胶机作用下形成阀门薄膜层，两层建合后形成完整的多通路全自动进样芯片，通过与外界气源的连接，控制阀门和流道，进行不同液体的独立的全自动的进样。该芯片适用于不同种类的CTC研究芯片。
本发明中，气动微阀控制的多通路进样芯片可在外界气源和Python编写的程序下实现多种液体按照不同的顺序和路径实现多个通道依次进样，互不污染。
本发明中，所述的芯片模具按乘法器原理设计结构，改进了现有技术的微阀与通道一一对应的关系，能实现较少的外界气源接口数量控制较多的流道，如n个微阀能控制N！/(N/2)！2个通道，以及达到集成芯片的效果，降低外围气源设备接口数量的要求。
本发明中，所述的芯片模具采用微机电加工的软光刻技术实现，流道层和阀门层建合后分别由外界相应的气源调控。
本发明中，所述的芯片模具通过转接装置与CTC研究芯片连接，转接装置由钢针和特富龙管连接，顺利实现不同液体的进样。
本发明中，制得的该芯片为分离式，对下游芯片的工艺不做要求，能达到集成效果，扩大了应用范围，实现CTC不同的研究目的。
本发明中，进样液体成分不受限制，采用全血，细胞悬液，磁珠悬液，化学试剂等的一种或者多种，能实现CTC不同的研究目的。
更具体的，本发明的一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，通过下述方法和步骤制备，
第一步，制作芯片模具，采用软光刻技术，形成光刻胶模具，可重复使用制备PDMS芯片；
第二步，将PDMS的预聚物与固化剂混合，搅拌，真空脱气等步骤后浇铸在流道层模具上，在阀门层模具表面滴加PDMS，匀胶机适当转速进行甩涂；
其中，模具放入烘箱中适当温度热烘一定时间，进行建合；
建合后的双层PDMS芯片从模具上脱模后建合至玻璃基底，制备完成多通路进样装置；
制得的多通路芯片由外界气源控制微阀和流道，精准实现每个通道液体的全自动单独进样，互不污染；
制得多通路进样芯片对进样液体性质和成分不做限制，包括全血标本，细胞悬液，化学试剂等；
制备的多通路进样芯片通过转接装置，如钢针和特富龙管，与后续芯片相连接；
制备的多通路进样芯片适用的下游CTC研究芯片对制作工艺和研究目的没有限制，适用任何一种用于CTC捕获，鉴定，分析的芯片。
本发明的芯片与现有CTC进样方式比较，解除了集成芯片中微阀工艺使用的限制，利用乘法器设计实现少数外接气源借口控制多个通道，Python编写程序下实现多通道液体的全自动进样，适用于下游不同种类的CTC捕获，分析，鉴定芯片，制作工艺限制性低，简化了现有微阀技术与CTC分析技术结合使用的繁琐的制作工艺技术，使用灵活，成本低廉，具有广泛的应用前景
本发明的芯片还具有如下优点：
1，本发明的气动微阀控制的多通路全自动进样芯片根据乘法器原理设计微阀的位置和数量，相同通道要求下减少了所需外界气源接口的数量，降低了对外围设备的要求；
2，本发明的气动微阀控制的多通路全自动进样芯片因其包括气动微阀控制的多通路全自动进样芯片和转接装置，在外接气源的驱动和编写程序的控制下，实现多个通道全自动化的依次进样，通过转接适用于不同工艺，多种目的的CTC捕获、鉴定、分析芯片，同样达到集成的效果，为循环肿瘤细胞研究提供了分离式通用的多通路全自动进样的方法。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。
附图说明
图1显示了本发明的分离式多通路全自动进样微流控芯片的结构示意图。
图2显示了本发明的分离式多通路全自动进样微流控芯片子用6个阀门可以控制16个通道，显著减少了外接气源的数量。
具体实施方式
实施例1 制备分离式多通路全自动进样微流控芯片
(1)制备光刻胶模板
流道层：使用AZ正性光刻胶，在单面抛光的硅片上甩胶，获得厚度为50um的光刻胶，覆盖掩膜板采用光刻机曝光后采用显影液显影2min，氮气吹干，放至热板上从60度逐渐升高至180度，每5分钟升10度，180度烘1小时后自然冷却至室温，完成回流过程，获得流道层模板；
阀门层：使用SU-8负性光刻胶，在单面抛光的硅片上甩胶，获得厚度为um的光刻胶，后烘5h，采用显影液显影2min，氮气吹干，获得阀门层模板；
(2)模板硅烷化处理
将模板放在烘箱里度烘1小时，取出放在垫有滤纸的培养皿中，在模板周围的滤纸处滴1滴三甲基氯硅烷，盖上培养皿盖，静至5分钟；
(3)制备阀门层
用电子天平按20∶1的比例称取20g PDMS RTV的预聚合物和交联剂，混匀后放在真空干燥器里抽真空去除气泡。将硅片模板置于匀胶机，PDMS倒在硅片上，甩胶得到20um的pdms薄膜层，放到烘箱75度40分钟后取出；
(4)制备流道层
用电子天平按5∶1的比例称取20g PDMS RTV的预聚合物和交联剂，混匀后放在真空干燥器里抽真空去除气泡。将PDMS轻倒于模板上，再次放入真空干燥器，抽真空去除气泡(5分钟)，放到烘箱75度40分钟后取出；
(5)双层建合
用手术刀将流道层从模板上剥离，切出所需的形状，在显微镜下与阀门层薄膜上的结构一一对应，建合后重新放入烘箱，75度烘烤过夜；
(6)基底建合
用手术刀从模板上剥离两层建合好的芯片，用打孔器打孔，将清洗过的PDMS和玻璃放置等离子处理机中进行等离子刻蚀，将等离子处理后的玻璃和PDMS迅速封接，封接的芯片放置电热恒温鼓风干燥箱中，80度下过夜，制得多通路进样微流控芯片。
实施例2 制得多通路进样微流控芯片与CTC捕获芯片转接，实现下游分析
用钢针和特富龙管将进样装置的出口与下游CTC捕获究芯片的入口相连接，将制得多通路进样微流控芯片的特定位置接气源，使用气体驱动的方式进样和微阀控制通道；本实施例中的多通道进样芯片，用6个阀门可以控制16个通道，明显减少了外接气源的数量，经实践检测，本发明制得的多通路进样微流控芯片能实现多个通道全自动化的依次进样，互不污染，通过转接适用于不同工艺，多种目的的CTC捕获、鉴定、分析芯片，进样液体成分不受限制，可采用全血，细胞悬液，磁珠悬液，化学试剂任一种或者多种，同样达到集成的效果，明显降低外围气源设备接口数量的要求。

Claims (7)

1.一种分离式多通路全自动进样微流控芯片，其特征在于，其包括全自动进样芯片通过转接装置制成分离式多通路全自动进样芯片；
该芯片通过下述方法制备：利用软光刻技术制作芯片模具，将PDMS浇铸在模具上固化后形成流道层，同时PDMS在匀胶机作用下形成阀门薄膜层，两层建合后形成完整的多通路全自动进样芯片，通过与外界气源的连接，控制阀门和流道，进行不同液体的独立的全自动的进样。
2.按权利要求1所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片，其特征在于，所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片，通过下述方法和步骤制备，
第一步，制作芯片模具，采用软光刻技术，形成光刻胶模具，重复使用制备PDMS芯片；
第二步，将PDMS的预聚物与固化剂混合，搅拌，真空脱气步骤后浇铸在流道层模具上，在阀门层模具表面滴加PDMS，匀胶机转速进行甩涂；
其中，
所述的模具放入烘箱中热烘后，进行建合；
建合后的双层PDMS芯片从模具上脱模后建合至玻璃基底，制备完成多通路进样装置。
3.按权利要求1或2所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片，其特征在于，制得的多通路芯片由外界气源控制微阀和流道，精准实现每个通道液体的全自动单独进样，互不污染。
4.按权利要求1或2所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片，其特征在于，制得的多通路芯片对进样液体性质和成分不做限制，包括全血标本，细胞悬液或化学试剂。
5.按权利要求1或2所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片，其特征在于，制得的多通路芯片通过转接装置与后续芯片相连接，所述的转接装置选自钢针和特富龙管。
6.权利要求1或2所述的分离式多通路全自动进样微流控芯片在制备用于下游CTC研究芯片中的用途。
7.按权利要求6所述的用途，其特征在于所述的CTC研究芯片选自用于CTC捕获，鉴定或分析的芯片。
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