CN109735430A - 一种三维磁泳分离的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三维磁泳分离的微流控芯片，包括盖片、基片、层流形成片和磁铁，基片、层流形成片和盖片从下往上依次叠加布设，层流形成片分别与基片和盖片密封连接，层流形成片的上下表面上分别设有缓冲液移动通道和样本移动通道，缓冲液移动通道和样本移动通道中间设有流体贯通腔，流体贯通腔分别与缓冲液移动通道和样本移动通道连通，磁铁固定于盖片上，磁铁位于流体贯通腔的正上方，缓冲液移动通道一端上设有捕获磁性标记细胞的尺寸卡槽。该微流控芯片结构简单，操作方便，有效利用了芯片内的三维空间，实现了芯片内的3D磁泳分离。

Description

一种三维磁泳分离的微流控芯片

技术领域

本发明涉及生物检测技术领域，具体涉及一种三维磁泳分离的微流控芯片，该微流控芯片可用作为肿瘤诊断、辅助治疗及生化分析研究的工具。

背景技术

微流控芯片因其易于微型化、集成化和自动化等优点，而被广泛应用于生物医学领域，成为此领域不可或缺的研究平台，特别是在细胞分选技术和疾病标志物检测等方面有很好的发展前景。磁泳分离技术，即在流体场内利用磁场诱导磁性粒子进行定向移动，是当前生物医学和临床研究中的一种常用的分离分析技术，其在细胞分选、RNA/DNA分离、纯化和测序等应用中展现出了快速高效的分离效果，并且该方法具有较高的通量，具有很好的应用潜力和发展前景。

目前常用的细胞分选技术包括：肿瘤细胞捕获微流控芯片(专利CN201620064334)，一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置(专利CN201710889182)，磁场中分离细胞的微流控芯片(专利CN201720453165)等。但是以上装置的制备中还存在许多问题，例如芯片结构设计复杂，不利于批量生产；只能利用芯片的二维结构，不能很好的在三维尺度下进行磁场调控；二维磁泳技术往往功能较为单一，在细胞分选中效率较低。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种三维磁泳分离的微流控芯片，该微流控芯片结构简单，操作方便，有效利用了芯片内的三维空间，实现了芯片内的3D(three dimensional)磁泳分离。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种三维磁泳分离的微流控芯片，包括盖片和基片，还包括层流形成片和磁铁，基片、层流形成片和盖片从下往上依次叠加布设，层流形成片分别与基片和盖片密封连接，层流形成片的上下表面上分别设有缓冲液移动通道和样本移动通道，缓冲液移动通道和样本移动通道中间设有流体贯通腔，流体贯通腔分别与缓冲液移动通道和样本移动通道连通，磁铁固定于盖片上，磁铁位于流体贯通腔的正上方，缓冲液移动通道一端上设有捕获磁性标记细胞的尺寸卡槽。

缓冲液移动通道和样本移动通道相互平行，且缓冲液移动通道位于样本移动通道的正上方。

缓冲液移动通道和样本移动通道均呈方形条状，流体贯通腔呈长方体状，流体贯通腔、缓冲液移动通道和样本移动通道的宽度相同。

样本移动通道、流体贯通腔和层流形成片均为轴对称结构，且样本移动通道、流体贯通腔和层流形成片竖直方向上的对称面相同。

样本移动通道的长度大于缓冲液移动通道的长度，盖片上对称设有缓冲液注入口和缓冲液排出口，盖片上对称设有样本注入口和样本排出口，缓冲液移动通道两端外侧对称设有两穿孔，缓冲液注入口与缓冲液移动通道的另一端连通，缓冲液排出口与尺寸卡槽连通，样本注入口和样本排出口分别通过穿孔与样本移动通道的两端连通。

基片、层流形成片、盖片和磁铁均呈方形，磁铁相对盖片对称设置，磁铁的宽度大于流体贯通腔的宽度，磁铁的长度等于流体贯通腔的长度。

所述的尺寸卡槽槽底呈水平状，尺寸卡槽槽底高于缓冲液移动通道底部。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1、本发明的微流控芯片利用芯片内的层流效应，在外部磁场作用下使免疫反应产生磁免疫复合物从复杂样品基质中偏移至缓冲液中，随后通过控制尺寸卡槽高度将磁免疫复合物捕获在出口处，从而完成目标物的分离和富集，从而使本发明的芯片可以用于病毒和细胞的快速检测和捕获。

2、本发明的微流控芯片结构简单，操作方便，通过改变刻蚀时间来调节通道高度，结合外部磁场作用实现了对粒子多模态操控手段的结合。

3、本发明利用微流控芯片在3D空间上进行磁泳分离，提高了芯片中的空间利用率及其在复杂体系中的抗干扰能力，同时外加磁场的集成手段简单，易于实现批量生产和商业化推广。

附图说明

图1为本发明的三维磁泳分离的微流控芯片的分解结构示意图。

图2为盖片的结构示意图。

图3为层流形成片的俯视图。

图4为层流形成片的仰视图。

其中：1-盖片、2-层流形成片、3-基片、4-样本注入口、5-缓冲液注入口、6-缓冲排出口、7-样本排出口、8-流体贯通腔、9-缓冲液移动通道、10-样本移动通道、11-尺寸卡槽、12-磁铁、13-穿孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的三维磁泳分离的微流控芯片的结构示意图如图1所示，包括盖片1、基片3、层流形成片2和磁铁12，基片3、层流形成片2、盖片1均呈方形，基片3、层流形成片2和盖片1从下往上依次叠加布设，层流形成片2分别与基片3和盖片1密封连接。

如图3所示，层流形成片2的上表面上开设有缓冲液移动通道9，缓冲液移动通道9呈方形条状，缓冲液移动通道9两端外侧对称设有两穿孔13。缓冲液移动通道9一端上设有捕获磁性标记细胞的尺寸卡槽11，尺寸卡槽11槽底呈水平状，尺寸卡槽11槽底高于缓冲液移动通道底部。

如图4所示，层流形成片2的下表面上开设有样本移动通道10，样本移动通道10呈方形条状。缓冲液移动通道9和样本移动通道10相互平行，且缓冲液移动通道9位于样本移动通道10的正上方，样本移动通道10的长度大于缓冲液移动通道9的长度。缓冲液移动通道9和样本移动通道10中间设有流体贯通腔8，流体贯通腔8呈长方体状，流体贯通腔8分别与缓冲液移动通道9和样本移动通道10连通，流体贯通腔8、缓冲液移动通道9和样本移动通道10的宽度相同，样本移动通道10、流体贯通8腔和层流形成片2竖直方向上的对称面相同。

本实施例中，缓冲液移动通道9的长度为53mm，宽度为2mm，深度为300μm；样本移动通道10的长度为63mm，宽度为2mm，深度为300um；流体贯通腔8的长度为5mm，宽度为2mm。

盖片上对称设有缓冲液注入口5和缓冲液排出口6，盖片1上对称设有样本注入口4和样本排出口7。缓冲液注入口5与缓冲液移动通道9的另一端连通，缓冲液排出口6与尺寸卡槽11连通。样本注入口4和样本排出口7分别通过穿孔与样本移动通道10的两端连通。

磁铁12的宽度大于流体贯通腔8的长度，磁铁12的长度等于流体贯通腔8的长度。磁铁12固定于盖片1上，磁铁12和盖片1竖直方向上的对称面相同。

上述的用于三维磁泳分离的微流控芯片的制作方法为：

1、取三片普通玻璃片，将其中一片普通玻璃片用精雕机按照盖片的结构要求加工出缓冲液注入口5、缓冲液移动通道9、样本注入口4和样本排出口7，得到盖片，将另一片玻璃片用精雕机按照层流形成片的结构要求加工出缓冲液移动通道9、两穿孔13、尺寸卡槽11和样本移动通道10，得到层流形成片，剩下的一片普通玻璃片作为基片；

2、将加工的盖片和层流形成片以及基片清洗干净，擦净之后泡在浓H₂SO₄中一小时进行抛光；

3、将抛光之后的盖片、层流形成片和基片用去离子水和洗手液进行清洗，清洗干净后，用去离子水冲洗层流形成片和基片的键合面的同时(去离子水不能断流)完成低温键合，并平稳轻放至微控数显电热板上两个小时左右用以烘干；

4、将键合好的层流形成片与盖片完成低温键合，并平稳轻放至微控数显电热板上两个小时左右；

5、将键合好的层流形成片、盖片和基片的整体结构放入陶瓷纤维马弗炉进行高温退火处理，再将磁铁固定在盖片上，得到所述的三维磁泳分离的微流控芯片。

试验一、本发明的三维磁泳分离的微流控芯片分离和富集细胞的试验

试验方法：

1).取清洗干净的磁球与活化剂(NHS:5mg/ml和EDC:10mg/ml)混合后在摇床上反应30分钟，反应完成后加入适配体再放入摇床反应4小时，使适配体修饰在磁球上，得到磁球悬浮液A；(核酸适配体是一小段经体外筛选得到的寡核苷酸序列或者短的多肽，能与相应的配体进行高亲和力和强特异性的结合。)

2).将0.5mg的肿瘤标志物稀释成10μg/ml，放入离心机以1000r/min的转速离心1分钟，然后加入适量PBS缓冲液，得到混合液A；

3).将修饰有FAM(5-羧基荧光素)的适配体取1μmol，并加入99μL的结合液，得到混合液B；

4).取10μL含磁球的溶液，加入100μL结合液，得到磁球悬浮液B；

5).将混合液B和磁球悬浮液B分别封闭，放入95℃水浴锅中处理10min，取出放入冰盒中10min，再取出在常温下放5min；

6).取含10ng肿瘤标志物的混合液A加入经步骤5)处理好的磁球悬浮液B中，在摇床上反应30min，得到磁球悬浮液C；

7).先通过缓冲液注入口以2μm/min的速度向缓冲液移动通道注入BSA(牛血清白蛋白)30min，然后以2μm/min的向缓冲液移动通道注入水，用以将多余BSA冲出通道；

8).将磁球悬浮液C通过样本注入口以2μm/min的速度注入缓冲液移动通道中进行磁泳分离，通入并反应一段时间之后，在缓冲液出口用注射器往外吸取非目标溶液；

9)混合液B和分离后的磁球反应30min。

试验结果：

将芯片放置在显微镜下观察，在尺寸卡槽处发现有荧光物质，即成功捕获肿瘤标志物。

Claims (7)

1.一种三维磁泳分离的微流控芯片，包括盖片和基片，其特征在于：还包括层流形成片和磁铁，基片、层流形成片和盖片从下往上依次叠加布设，层流形成片分别与基片和盖片密封连接，层流形成片的上下表面上分别设有缓冲液移动通道和样本移动通道，缓冲液移动通道和样本移动通道中间设有流体贯通腔，流体贯通腔分别与缓冲液移动通道和样本移动通道连通，磁铁固定于盖片上，并位于流体贯通腔的正上方，缓冲液移动通道一端上设有捕获磁性标记细胞的尺寸卡槽。

2.根据权利要求1所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：缓冲液移动通道和样本移动通道相互平行，且缓冲液移动通道位于样本移动通道的正上方。

3.根据权利要求2所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：缓冲液移动通道和样本移动通道均呈方形条状，流体贯通腔呈长方体状，流体贯通腔、缓冲液移动通道和样本移动通道的宽度相同。

4.根据权利要求3所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：样本移动通道对称设置于层流形成片的下表面上，流体贯通腔对称设置于层流形成片中。

5.根据权利要求4所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：样本移动通道的长度大于缓冲液移动通道的长度，盖片上对称设有缓冲液注入口和缓冲液排出口，盖片上对称设有样本注入口和样本排出口，缓冲液移动通道两端外侧对称设有两穿孔，缓冲液注入口与缓冲液移动通道的另一端连通，缓冲液排出口与尺寸卡槽连通，样本注入口和样本排出口分别通过穿孔与样本移动通道的两端连通。

6.根据权利要求3所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：基片、层流形成片、盖片和磁铁均呈方形，磁铁相对盖片对称设置，磁铁的宽度大于流体贯通腔的宽度，磁铁的长度等于流体贯通腔的长度。

7.根据权利要求1所述的三维磁泳分离的微流控芯片，其特征在于：所述的尺寸卡槽槽底呈水平状，尺寸卡槽槽底高于缓冲液移动通道底部。