CN110711608B - 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110711608B
CN110711608B CN201910897620.2A CN201910897620A CN110711608B CN 110711608 B CN110711608 B CN 110711608B CN 201910897620 A CN201910897620 A CN 201910897620A CN 110711608 B CN110711608 B CN 110711608B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
layer
cell
microfluidic chip
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910897620.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110711608A (zh
Inventor
葛玉卿
范卫华
赵建龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN201910897620.2A priority Critical patent/CN110711608B/zh
Publication of CN110711608A publication Critical patent/CN110711608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110711608B publication Critical patent/CN110711608B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48728—Investigating individual cells, e.g. by patch clamp, voltage clamp
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/4875—Details of handling test elements, e.g. dispensing or storage, not specific to a particular test method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法，该芯片包括依次设置的结构层、绝缘层和传感层，结构层具有相对设置的第一面和第二面，第一面上设有油相进样口、液相进样口和出样口，第二面上设有液滴产生区和至少一个液滴捕获区，液滴产生区分别与油相进样口和液相进样口连通，用于产生包裹待测细胞的液滴，至少一个液滴捕获区与液滴产生区连通，用于对液滴进行捕获；绝缘层用于将捕获的液滴与传感层隔开；传感层用于对捕获的待测细胞进行测量。本发明可将包裹待测细胞的液滴捕获在指定的位置，便于后续对待测细胞进行测量；可在芯片内对待测细胞进行形态观察或长时间监测；可实现多路并行检测，缩短了检测周期。

Description

一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及细胞检测技术领域，具体涉及一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法。
背景技术
细胞是生命活动的基本单位，为了深入理解生命活动的规律，要以细胞为基础，探索细胞的活动特征。细胞生物学可以在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律。由基因、蛋白质和代谢物的随机表达引起的细胞异质性是细胞生物学研究的重要方向。在单细胞水平测量特征量可以充分了解生理条件下组织微环境的细胞异质性。由于细胞之间存在着异质性，因此从单细胞水平进行研究成为近年来的热点。
目前，已有研究表明可以采用电阻抗检测技术，对细胞状态进行监测和研究。电阻抗检测的原理为将细胞高效无损地捕获在电极上，通过对细胞电阻抗进行检测，以实现细胞状态的监测。现有的用于细胞检测的芯片虽然可以实现对细胞贴壁等行为的检测，但是无法实现多路并行检测，信号读取速度慢，检测周期长，若长时间监测会对电极造成影响，使得电极不能灵敏地检测到细胞的状态变化，导致细胞特征量的测量结果不准确，并且后续需要将细胞转移至流式细胞仪中才能实现细胞的形态观察，操作繁琐，此外，由于需要将细胞转移至流式细胞仪中进行观察，转移过程细胞难免会受到损伤，导致细胞活性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于细胞检测的微流控芯片，所述微流控芯片用于单细胞、多细胞团或组织块检测，包括结构层、绝缘层和传感层，
所述结构层具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面上设有油相进样口、用于通入待测细胞的悬浮液的液相进样口和出样口，所述第二面上设有液滴产生区和至少一个液滴捕获区，所述液滴产生区分别与所述油相进样口和所述液相进样口相连通，用于产生包裹所述待测细胞的液滴，所述至少一个液滴捕获区与所述液滴产生区相连通，用于捕获包裹所述待测细胞的液滴；
所述绝缘层与所述结构层的第二面相贴合，用于将捕获的包裹所述待测细胞的液滴与所述传感层分隔开；
所述传感层与所述绝缘层相贴合，用于对捕获的所述待测细胞进行测量。
优选的，所述微流控芯片还包括基底层，所述基底层与所述传感层相贴合，用于对所述传感层进行支撑。
优选的，所述液滴产生区包括第一微流道和第二微流道，所述第一微流道和所述第二微流道分别与所述油相进样口和所述液相进样口相连通。
优选的，所述液滴捕获区包括主通道、旁通道和过渡通道，
所述旁通道的一端与所述主通道相连通，所述旁通道的另一端与所述过渡通道的一端相连通，所述过渡通道的另一端与所述主通道相连通；
所述旁通道的宽度与所述主通道的宽度相同，所述过渡通道的宽度小于所述主通道的宽度。
优选的，所述液滴产生区还包括液滴产生接口，所述第一微流道、所述第二微流道和所述主通道相交于所述液滴产生接口。
优选的，所述第一微流道、所述第二微流道、所述主通道、所述旁通道和所述过渡通道均采用软光刻工艺或者注塑工艺制成。
优选的，所述第一微流道的宽度为40-200μm，所述第二微流道的宽度为20-200μm，所述液滴产生接口的宽度为20-200μm，所述主通道和所述旁通道的宽度均为40-200μm，所述过渡通道的宽度为15-100μm；
所述第一微流道、所述第二微流道、所述主通道、所述旁通道和所述过渡通道的高度均为40-200μm。
优选的，所述结构层采用浇注工艺制成，所述结构层的材质为透光柔性材料；
所述绝缘层采用沉积工艺制成，所述绝缘层的材质为绝缘材料；
所述传感层采用沉积或者溅射工艺制成，所述传感层的材质为传感材料；
所述基底层通过粘合剂固定于PCB板上，所述基底层的材质为玻璃或者透光材料。
本发明还提供了一种制备上述用于细胞检测的微流控芯片的方法，该方法包括以下步骤：
S1.根据设计的传感层的结构，绘制出所需的图形，制作铬版掩模版；以玻璃片或者透光板为基底层，通过沉积或者溅射工艺在所述基底层的一面制作所述传感层；利用沉积工艺在所述传感层上制作绝缘层；
S2.将所述基底层的另一面通过粘合剂固定于PCB板上，并放在烘箱中进行烘干；
S3.根据设计的所述液滴产生区和所述液滴捕获区的结构，绘制出所需的图形，制作胶片掩膜版；以硅片为衬底，通过光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀出第一微流道、第二微流道、主通道、旁通道和过渡通道的阳模，得到具有微结构的硅片模具；
S4.在氟硅烷蒸汽中静置所述硅片模具，之后取出；在所述硅片模具上浇注结构层材料的预聚物和固化剂的混合物，加热固化，剥离加热固化好的所述混合物并在油相进样口、液相进样口以及出样口处打孔制成所述结构层；
S5.将所述结构层、所述绝缘层、所述传感层和所述基底层放入等离子清洗机中清洗改性，取出后在显微镜下迅速贴合在一起，并放在热板上进行加热处理，即制成所述微流控芯片。
优选的，步骤S2中所述烘箱的烘干温度为100-150℃，烘干时间为0.5-2h；
步骤S4中所述预聚物和所述固化剂的重量比为5:1-10:1，所述加热固化的温度为55-90℃，所述加热固化的时间为2-4h；
步骤S5中所述热板的加热温度为90-110℃，加热时间为4-8h。
本发明提供的用于细胞检测的微流控芯片可以将包裹有待测细胞的液滴精确地捕获在指定的位置，便于后续对待测细胞进行测量；可实现在芯片内对待测细胞进行形态观察或进行长时间监测，不需要再将包裹有待测细胞的液滴转移至流式细胞仪中再逐个液滴进行信号读取；在微流控芯片内设计了多路并行检测，大大缩短了信号读取时间，从而缩短了检测周期；以液滴作为载体，为待测细胞提供了一个相对稳定的环境，使得待测细胞受到最大程度的保护，细胞活性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的用于细胞检测的微流控芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的用于细胞检测的微流控芯片的结构分解示意图；
图3为本发明实施例提供的液滴产生区的局部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的液滴捕获区的局部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的传感层的局部结构示意图；
图6为本发明实施例提供的细胞捕获示意图；
图7为骨髓间质干细胞在成骨方向分化21天，导入微流控芯片后不同细胞在连续频率下阻抗测量结果；
图中：1-油相进样口，2-液相进样口，3-出样口，4-结构层，5-绝缘层，6-传感层，7-基底层，21-第一微流道，22-第二微流道，23-液滴产生接口，24-主通道，25-旁通道，26-过渡通道，27-包裹待测细胞的液滴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例：
本发明实施例提供了一种用于细胞检测的微流控芯片，如图1和图2所示，所述微流控芯片包括从上至下依次设置的结构层4、绝缘层5、传感层6和基底层7。
所述结构层4由聚二甲基硅氧烷PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚碳酸酯PC等透光柔性材料通过浇注工艺制成。所述结构层4为正方形结构，所述结构层4的尺寸为1cm×1cm-8cm×8cm。
所述结构层4包括相对设置的第一面和第二面。所述第一面上设有油相进样口1、液相进样口2和出样口3，优选的，所述油相进样口1和所述液相进样口2设置于所述第一面的一端，所述出样口3设置于与之相对的另一端。其中，所述液相进样口2用于通入待测细胞的悬浮液，所述油相进样口1用于通入矿物油。如图3和图4所示，所述第二面上设有液滴产生区和至少一个液滴捕获区。所述液滴产生区和所述液滴捕获区均采用疏水材料制成，如玻璃、PC或PMMA等。所述液滴产生区用于产生包裹所述待测细胞的液滴27。所述至少一个液滴捕获区与所述液滴产生区相连通，用于捕获所述待测细胞。优选的，所述第二面上设有多个液滴捕获区，通过多个所述液滴捕获区可以同时对多个所述待测细胞进行捕获，以便于后续对多个所述待测细胞并行检测，缩短信号读取时间，从而缩短检测周期。
所述液滴产生区包括第一微流道21和第二微流道22，所述第一微流道21和所述第二微流道22均采用软光刻工艺或者注塑工艺制成。所述第一微流道21与所述油相进样口1相连通，以构造出矿物油的进样管道。所述第二微流道22与所述液相进样口2相连通，以构造出待测细胞的悬浮液的进样管道。所述液滴产生区还包括液滴产生接口23，所述液滴产生接口23为T型接口。所述第一微流道21和所述第二微流道22相交于所述液滴产生接口23处。优选的，所述第一微流道21的宽度为40-200μm，所述第二微流道22的宽度为20-200μm，所述液滴产生接口23的宽度为20-200μm，所述第一微流道21和所述第二微流道22的高度均为40-200μm。在实际使用中，所述矿物油和所述待测细胞的悬浮液分别从所述第一微流道21和所述第二微流道22进入，在所述液滴产生接口23处混合并产生包裹所述待测细胞的液滴27。所述液滴产生区和所述液滴捕获区的疏水材质加快了液滴生成速度。
所述液滴捕获区包括主通道24、旁通道25和过渡通道26，所述主通道24、所述旁通道25和所述过渡通道26均采用软光刻工艺或者注塑工艺制成。所述主通道24的一端与所述液滴产生接口23连接，以使所述液滴产生区与所述至少一个液滴捕获区相连通，从而使所述液滴产生区产生的包裹所述待测细胞的液滴27通过所述主通道24进入所述液滴捕获区。所述主通道24的另一端与所述过渡通道26的一端相连通，所述过渡通道26的宽度小于所述主通道24的宽度，以使进入所述液滴捕获区的包裹所述待测细胞的液滴27在所述过渡通道26内被捕获，如图6所示，以实现将包裹所述待测细胞的液滴27精确地捕获在指定的位置，便于后续对所述待测细胞进行测量，同时便于在所述微流控芯片内对所述待测细胞进行形态观察或进行长时间监测。优选的，所述旁通道25为U型通道。所述旁通道25的一端与所述过渡通道26的另一端相连通，所述旁通道25的另一端与所述主通道24相连通，所述旁通道25的宽度与所述主通道24的宽度相同，以便多个所述待测细胞并行检测时，当一个包裹所述待测细胞的液滴27在所述过渡通道26内被捕获后，下一个包裹所述待测细胞的液滴27可以通过所述旁通道25进入下一个所述液滴捕获区，以对其捕获并进行测量。优选的，所述主通道24和所述旁通道25的宽度均为40-200μm，所述过渡通道26的宽度为15-100μm，所述主通道24、所述旁通道25和所述过渡通道26的高度均为40-200μm。
所述绝缘层5由SiO2/Si3N4等绝缘材料通过沉积工艺制成。所述绝缘层5为正方形结构，所述绝缘层5的一面与所述结构层4的第二面通过不可逆的等离子体键合贴合在一起，用于将捕获的包裹所述待测细胞的液滴27与所述传感层6分隔开，从而避免所述待测细胞受到损伤。优选的，所述绝缘层5的厚度为100-300nm。
所述传感层6由Au/Ti或Pt/Ti等传感材料通过沉积或者溅射工艺制成。如图2所示，所述传感层6为正方形结构，局部结构可参见图5。所述传感层6的一面与所述绝缘层5的另一面相贴合，用于实现对捕获的所述待测细胞的生命状态进行电学测量。所述传感层6可以灵敏地检测到所述待测细胞的生命状态的变化，使得细胞特征量的测量结果更加准确。所述传感层6的局部结构可参见图5。
如图1和图2所示，所述基底层7采用玻璃或者透光材料制成，并通过粘合剂固定于PCB板上。所述基底层7为正方形结构，所述基底层7的尺寸为1cm×1cm-8cm×8cm。
需要说明的是，所述微流控芯片可用于单细胞检测，但是不限于单细胞检测。通过调控相应流道和传感层的尺寸，还可以用于多细胞团检测、组织块检测。
相应的，本发明实施例提供了一种制备上述用于细胞检测的微流控芯片的方法，所述方法包括以下步骤：
S1.根据设计的所述传感层6的结构，绘制出所需的图形，制作铬版掩模版；以玻璃片或者透光板为所述基底层7，通过沉积或者溅射工艺在所述基底层7的一面制作所述传感层6；利用沉积工艺在所述传感层6上制作所述绝缘层5。
所述步骤S1具体可以为：根据设计的所述传感层6的结构，绘制出所需的图形，制作铬版掩模版；以玻璃片或者透光板为所述基底层7，通过光刻将图形用LC100A转移到所述基底层7上；通过沉积或者溅射工艺在所述基底层7的一面制作厚度为200nm的Au电极，作为所述传感层6；再利用沉积工艺在所述传感层6上制作溅射一层厚约100nm的SiO2，作为所述绝缘层5。
S2.将所述基底层7的另一面通过粘合剂固定于PCB板上，并放在烘箱中进行烘干。
具体的，所述步骤S2中所述粘合剂为热固化胶，所述烘箱的烘干温度为100-150℃，烘干时间为0.5-2h。
S3.根据设计的所述液滴产生区和所述液滴捕获区的结构，绘制出所需的图形，制作胶片掩膜版；以硅片为衬底，通过光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀出所述第一微流道21、所述第二微流道22、所述主通道24、所述旁通道25和所述过渡通道26的阳模，得到具有微结构的硅片模具。
所述步骤S3具体可以为：根据设计的所述液滴产生区和所述液滴捕获区的结构，利用AutoCAD软件绘制出所需的图形，制作胶片掩膜版；以四寸单晶硅片为衬底，通过光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀出高度为50μm的所述第一微流道21、所述第二微流道22、所述主通道24、所述旁通道25和所述过渡通道26的阳模，得到具有微结构的硅片模具。
S4.在氟硅烷蒸汽中静置所述硅片模具，之后取出；在所述硅片模具上浇注所述结构层4材料的预聚物和固化剂的混合物，加热固化，剥离加热固化好的所述混合物并在所述油相进样口1、所述液相进样口2以及所述出样口3处打孔制成所述结构层4。
所述步骤S4具体可以为：将所述硅片模具和装有5μL到20μL氟硅烷的敞口离心管置于真空干燥箱中，抽真空至0.8psi到1psi范围的负压，使氟硅烷汽化，所述硅片模具在氟硅烷蒸汽中静置5-6小时。在通风处，将真空干燥箱打开，通风1小时后，将所述硅片取出，以实现在所述硅片表面沉积一层有机物，便于后续所述微流控芯片的制作。按照重量比5:1-10:1分别称量PDMS预聚物和固化剂，然后混合并搅拌均匀，置于真空干燥箱中抽真空，静置30min。待PDMS基本没有气泡后，将其浇注在所述硅片模具上，静置30min，然后，将其放入55-90℃的烘箱中加热2-4h。最后，将固化好的PDMS层从所述硅片模具上剥离下来。使用打孔机在在所述油相进样口1、所述液相进样口2以及所述出样口3处对该PDMS层打孔制成所述结构层4。
S5.将所述结构层4、所述绝缘层5、所述传感层6和所述基底层7放入等离子清洗机中清洗改性，取出后在显微镜下迅速贴合在一起，并放在热板上进行加热处理，即制成所述微流控芯片。
具体的，所述步骤S5中清洗时间为1-2min，所述热板的加热温度为90-110℃，加热时间为4-8h。
使用上述方法制备的用于细胞检测的微流控芯片进行样品检测，具体步骤如下：
选择骨髓间质干细胞作为待测样品，将细胞培养瓶中的骨髓间质干细胞占培养瓶面积的80-90％用胰酶消化，加入2mL培养基，放入离心管内转速1000rps离心5-10min，去掉上清液，吹打均匀，得到合适浓度1.67×106/mL的细胞悬浮液。
将含有骨髓间质干细胞的细胞悬浮液加入所述液相进样口2，矿物油加入所述油相进样口1，两边分别施压，调节两相压力，使得所述液相进样口2气压约为0.02MPa，所述油相进样口1气压约为0.03MPa，从而在所述液滴产生区产生包裹有骨髓间质干细胞的液滴。持续施压，以使包裹有骨髓间质干细胞的液滴捕获在位于所述传感层6上方的所述过渡通道26中。撤销两端气压，通过阻抗分析仪对包裹有骨髓间质干细胞的液滴进行阻抗测量，其测定参数为电压幅值为100mV，扫描频率为103-106Hz，数量级之间取10个测量点。
图7为骨髓间质干细胞在成骨方向分化21天，导入所述微流控芯片后不同细胞在连续频率下阻抗测量结果，其中，横坐标为频率Hz，纵坐标为归一化阻抗z，即将包裹有细胞的液滴的阻抗与空白对照阻抗的比值。具体的，该测量过程的单次进样时间1min，单次阻抗测量时间5min。本发明制备的用于细胞检测的微流控芯片对细胞无损伤，不影响对细胞后续的测量。
由以上本发明实施例提供的技术方案可知，本发明实施例提供的用于细胞检测的微流控芯片可将包裹所述待测细胞的液滴精确地捕获在指定的位置，便于后续对所述待测细胞进行测量；同时便于在所述微流控芯片内对所述待测细胞进行形态观察或进行长时间监测，不需要再将包裹所述待测细胞的液滴转移至流式细胞仪中再逐个液滴进行信号读取；并且在所述微流控芯片内设计了多路并行检测，大大缩短了信号读取时间，从而缩短了检测周期；以液滴作为载体，为所述待测细胞提供了一个相对稳定的环境，使得所述待测细胞受到最大程度的保护，细胞活性更高。
应当注意的是，以上实施例只为解释说明所用，而不应被当成是对本发明所包含内容范围的限制。由于受篇幅限制，发明人仅对较为典型的实施方法进行了描述，但本领域技术人员应当充分认识到本发明可以针对未脱离发明内容主旨的创新点及优点作相关修改，且所有这类修改都应包含在本发明所定义的和等同意义的内容范围之内。

Claims (10)

1.一种用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片用于单细胞、多细胞团或组织块检测，所述微流控芯片包括结构层(4)、绝缘层(5)和传感层(6)；
所述结构层(4)具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面上设有油相进样口(1)、用于通入待测细胞的悬浮液的液相进样口(2)和出样口(3)，所述第二面上设有液滴产生区和至少一个液滴捕获区，所述液滴产生区分别与所述油相进样口(1)和所述液相进样口(2)相连通，用于产生包裹所述待测细胞的液滴(27)，所述至少一个液滴捕获区与所述液滴产生区相连通，用于捕获包裹所述待测细胞的液滴(27)；
所述绝缘层(5)与所述结构层(4)的第二面相贴合，用于将捕获的包裹所述待测细胞的液滴(27)与所述传感层(6)分隔开；
所述传感层(6)与所述绝缘层(5)相贴合，所述传感层(6)的电极结构与所述液滴捕获区对应，以实现对捕获的所述待测细胞的生命状态进行电学测量；
所述绝缘层(5)的一面与所述结构层(4)的第二面通过不可逆的等离子体键合贴合在一起；所述绝缘层(5)的厚度为100-300nm。
2.根据权利要求1所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括基底层(7)，所述基底层(7)与所述传感层(6)相贴合，用于对所述传感层(6)进行支撑。
3.根据权利要求2所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述液滴产生区包括第一微流道(21)和第二微流道(22)，所述第一微流道(21)和所述第二微流道(22)分别与所述油相进样口(1)和所述液相进样口(2)相连通。
4.根据权利要求3所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述液滴捕获区包括主通道(24)、旁通道(25)和过渡通道(26)，
所述旁通道(25)的一端与所述主通道(24)相连通，所述旁通道(25)的另一端与所述过渡通道(26)的一端相连通，所述过渡通道(26)的另一端与所述主通道(24)相连通；
所述旁通道(25)的宽度与所述主通道(24)的宽度相同，所述过渡通道(26)的宽度小于所述主通道(24)的宽度。
5.根据权利要求4所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述液滴产生区还包括液滴产生接口(23)，所述第一微流道(21)、所述第二微流道(22)和所述主通道(24)相交于所述液滴产生接口(23)。
6.根据权利要求5所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述第一微流道(21)、所述第二微流道(22)、所述主通道(24)、所述旁通道(25)和所述过渡通道(26)均采用软光刻工艺或者注塑工艺制成。
7.根据权利要求5所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述第一微流道(21)的宽度为40-200μm，所述第二微流道(22)的宽度为20-200μm，所述液滴产生接口(23)的宽度为20-200μm，所述主通道(24)和所述旁通道(25)的宽度均为40-200μm，所述过渡通道(26)的宽度为15-100μm；
所述第一微流道(21)、所述第二微流道(22)、所述主通道(24)、所述旁通道(25)和所述过渡通道(26)的高度均为40-200μm。
8.根据权利要求2所述的用于细胞检测的微流控芯片，其特征在于，所述结构层(4)采用浇注工艺制成，所述结构层(4)的材质为透光柔性材料；
所述绝缘层(5)采用沉积工艺制成，所述绝缘层(5)的材质为绝缘材料；
所述传感层(6)采用沉积或者溅射工艺制成，所述传感层(6)的材质为传感材料；
所述基底层(7)通过粘合剂固定于PCB板上，所述基底层(7)的材质为玻璃或者透光材料。
9.一种制备如权利要求1-8中任一项所述的用于细胞检测的微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据设计的传感层(6)的结构，绘制出所需的图形，制作铬版掩模版；以玻璃片或者透光板为基底层(7)，通过沉积或者溅射工艺在所述基底层(7)的一面制作所述传感层(6)；利用沉积工艺在所述传感层(6)上制作绝缘层(5)；所述绝缘层(5)的厚度为100-300nm；所述传感层(6)的电极结构与所述液滴捕获区对应，以实现对捕获的所述待测细胞的生命状态进行电学测量；
S2.将所述基底层(7)的另一面通过粘合剂固定于PCB板上，并放在烘箱中进行烘干；
S3.根据设计的所述液滴产生区和所述液滴捕获区的结构，绘制出所需的图形，制作胶片掩膜版；以硅片为衬底，通过光刻和深反应离子刻蚀，刻蚀出第一微流道(21)、第二微流道(22)、主通道(24)、旁通道(25)和过渡通道(26)的阳模，得到具有微结构的硅片模具；
S4.在氟硅烷蒸汽中静置所述硅片模具，之后取出；在所述硅片模具上浇注结构层(4)材料的预聚物和固化剂的混合物，加热固化，剥离加热固化好的所述混合物并在油相进样口(1)、液相进样口(2)以及出样口(3)处打孔制成所述结构层(4)；
S5.将所述结构层(4)、所述绝缘层(5)、所述传感层(6)和所述基底层(7)放入等离子清洗机中清洗改性，取出后在显微镜下迅速贴合在一起，并放在热板上进行加热处理，即制成所述微流控芯片。
10.根据权利要求9所述的制备用于细胞检测的微流控芯片的方法，其特征在于，步骤S2中所述烘箱的烘干温度为100-150℃，烘干时间为0.5-2h；
步骤S4中所述预聚物和所述固化剂的重量比为5:1-10:1，所述加热固化的温度为55-90℃，所述加热固化的时间为2-4h；
步骤S5中所述热板的加热温度为90-110℃，加热时间为4-8h。
CN201910897620.2A 2019-09-23 2019-09-23 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法 Active CN110711608B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910897620.2A CN110711608B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910897620.2A CN110711608B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110711608A CN110711608A (zh) 2020-01-21
CN110711608B true CN110711608B (zh) 2022-03-15

Family

ID=69210753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910897620.2A Active CN110711608B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110711608B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111289515A (zh) * 2020-03-19 2020-06-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种腹水肿瘤细胞检测微流控芯片的封装方法
CN112675935B (zh) * 2021-01-22 2022-03-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 用于单细胞冷冻的液滴阵列芯片及液滴生成方法和应用
CN113074860A (zh) * 2021-03-17 2021-07-06 重庆大学 用于血管芯片的微型压力传感装置
CN113740423B (zh) * 2021-09-03 2022-11-22 电子科技大学 一种实时检测细胞形貌变化和细胞粘附特性变化的eqcm方法
CN113908895B (zh) * 2021-11-03 2023-03-31 浙江工商大学 一种基于近红外的液滴操控芯片及其制作与操控方法
CN114798027B (zh) * 2022-06-06 2023-09-08 杭州霆科生物科技有限公司 微液滴捕获微流控结构及具有其的芯片和捕获/释放方法
CN115287185A (zh) * 2022-07-21 2022-11-04 清华大学深圳国际研究生院 细胞球体制备装置及制备方法
CN115369004A (zh) * 2022-08-24 2022-11-22 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 一种用于光镊精准分选微颗粒并具备油包水结构的芯片

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101365700B1 (ko) * 2011-12-05 2014-02-21 경희대학교 산학협력단 액적 및 이온 액체 보조 미세유체 시스템을 이용한 무기 나노 물질의 초고속 및 연속 합성방법
CN106492891A (zh) * 2016-10-28 2017-03-15 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法
WO2017214177A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-14 The Regents Of The University Of California Detecting compounds in microfluidic droplets using mass spectrometry
CN108949496A (zh) * 2017-05-18 2018-12-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于液滴微流控芯片的单细胞分离方法
CN109251841A (zh) * 2018-08-21 2019-01-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种单细胞分选芯片及其制造方法以及单细胞分选方法
CN109852542A (zh) * 2018-12-18 2019-06-07 北京化工大学 一种用于单细胞阻抗流式检测的微流控芯片及其加工方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101556273B (zh) * 2008-04-08 2013-03-20 博奥生物有限公司 利用电阻抗传感技术分析细胞迁移的方法及其专用装置
CN103175950B (zh) * 2011-12-20 2015-04-22 中国科学院深圳先进技术研究院 血细胞分析芯片及应用该芯片的系统
CN106483059B (zh) * 2016-10-13 2019-03-19 中国人民解放军第三军医大学第一附属医院 用于单个或少量活细胞无标记检测的太赫兹流式细胞传感器及其检测方法
CN206577776U (zh) * 2016-10-28 2017-10-24 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片
US10894254B2 (en) * 2017-10-05 2021-01-19 The Regents Of The University Of California Portable pathogen analysis system for detecting waterborne pathogens
US10501739B2 (en) * 2017-10-18 2019-12-10 Mission Bio, Inc. Method, systems and apparatus for single cell analysis
CN209287355U (zh) * 2018-09-20 2019-08-23 北京怡天佳瑞科技有限公司 微流控芯片及含有该微流控芯片的装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101365700B1 (ko) * 2011-12-05 2014-02-21 경희대학교 산학협력단 액적 및 이온 액체 보조 미세유체 시스템을 이용한 무기 나노 물질의 초고속 및 연속 합성방법
WO2017214177A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-14 The Regents Of The University Of California Detecting compounds in microfluidic droplets using mass spectrometry
CN106492891A (zh) * 2016-10-28 2017-03-15 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 电阻抗流式检测微小颗粒、细胞的微流控芯片及制备方法
CN108949496A (zh) * 2017-05-18 2018-12-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于液滴微流控芯片的单细胞分离方法
CN109251841A (zh) * 2018-08-21 2019-01-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种单细胞分选芯片及其制造方法以及单细胞分选方法
CN109852542A (zh) * 2018-12-18 2019-06-07 北京化工大学 一种用于单细胞阻抗流式检测的微流控芯片及其加工方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Selective Encapsulation of Single Cells and Subcellular Organelles into Picoliter- and Femtoliter- Volume Droplets";Mingyan He;《Analytical Chemistry》;20050315;第2页 *
"Single cell studies of mouse embryonic stem cell(mESC) differentiation by electrical impedance measurements in a microfluidic device";Ying Zhou;《Biosensors and Bioelectronics》;20160615;附加信息第5-6页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110711608A (zh) 2020-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110711608B (zh) 一种用于细胞检测的微流控芯片及其制备方法
CN104730283B (zh) 一种基于mems技术的三维风速风向传感器及其制备方法
CN109387348B (zh) 一种柔性多量程电容式压力传感器及其制备方法和应用
KR101362293B1 (ko) 세포배양구조체, 세포배양용기, 스페로이드를 갖는 구조체,스페로이드를 갖는 용기 및 이들의 제조방법
CN103303862B (zh) 基于谐振式微悬臂梁结构的高灵敏生化传感器的制作方法
CN108728328A (zh) 集成单细胞捕获的微流控细胞分选芯片
CN109239392B (zh) 一种基于mems技术的三维风速风向传感器及其制作方法
CN107192475B (zh) 基于微流控芯片的温度传感器系统及制备方法
CN205700594U (zh) 一种用于粘度测试的微流控芯片
CN113046242A (zh) 一种类在体心脏器官芯片及方法
CN108452855A (zh) 微流控芯片的加工方法
CN102175287A (zh) 一种基于mems技术的流量计芯片的测量部件及其制作方法
CN114014257A (zh) 一种硅基mems气体传感器芯片的制备方法及应用
CN210935016U (zh) 一种基于太赫兹超材料的微流控芯片
CN111854997A (zh) 一种单细胞温度检测传感器及其制作方法与检测方法
CN107907485B (zh) 一种基于结构色水凝胶的心脏芯片及其应用
Jia et al. In-Plane Mode Encased Cantilevers for Cancer Cell Detection in Liquid
CN212513380U (zh) 一种单细胞温度检测传感器
CN107879309B (zh) 用于微纳尺度物质投送及提取的中空悬臂探针
CN111855766B (zh) 一种细胞多参数检测微纳传感器及其制作方法
CN101717066B (zh) 称量病毒的方法及称量病毒用的纳米秤
CN112484897B (zh) 可测量水下横流的柔性压力传感器及其制作与测量方法
CN212964740U (zh) 一种细胞多参数检测微纳传感器
Tan et al. Large area precision cell traction force measurements using gold disk mounted micro-pillars
CA2565855A1 (en) Patterned cell network substrate interface and methods and uses thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant