CN110833868B - 一种自驱动式颗粒捕获芯片及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自驱动式颗粒捕获芯片，用于捕获液体中的颗粒，自驱动式颗粒捕获芯片包括进样基片和捕获基片；进样基片设有进样区，进样区包括多个进样凹槽；捕获基片包括捕获区和与捕获区连通的引流区，捕获区设有多个捕获凹槽；进样基片和捕获基片扣合，以使进样凹槽和捕获凹槽的开口方向相对且接触，进样凹槽的延伸方向与捕获凹槽的延伸方向具有夹角；当液体进入进样凹槽后，通过毛细作用颗粒进入捕获凹槽中，颗粒与捕获凹槽的侧壁卡合且被进样凹槽的侧壁固定，液体流入引流区。本发明提供的自驱动式颗粒捕获芯片可以高效、自动地实现颗粒捕获，捕获过程简单可控，重复性好，可以形成捕获颗粒阵列，在医药生物领域有广泛的应用前景。

Description

一种自驱动式颗粒捕获芯片及其应用

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，特别涉及一种自驱动式颗粒捕获芯片及其应用。

背景技术

目前，微流体中颗粒的捕获广泛应用于医学诊断、制药和生物学等研究领域中，例如：数字PCR检测、ELISA检测等；但是，传统检测方法灵敏度不高、酶试剂不易保存、价格昂贵；同时，基于注射泵的微通道的微流控芯片的捕集率低和时间密集的程序低，并且需要使用大量的机械泵和附件来处理液体，主要表现在：

微流体在流动过程中粘度阻力很大，使机械泵驱动细长管道内的流体困难，并且机械微泵在处理液体的过程中会破坏待捕获颗粒或使待捕获颗粒变性；微流体易受微流体管道中气泡的影响，使机械泵中的液压很难控制；利用微流道注射的方法实现微颗粒捕获，需要大型的注射泵和辅助程序来处理液体，且机械泵包含微型可控部件，价格昂贵。

因此，传统的技术方案中的微流控芯片存在颗粒捕获效率低，捕获过程难以控制等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自驱动式颗粒捕获芯片，在含颗粒的液体注入进样凹槽后，流入进样凹槽与捕获凹槽开口相对且接触的部分，通过毛细作用颗粒从进样凹槽进入捕获凹槽中，并与捕获凹槽的侧壁卡合，实现颗粒捕获，该捕获过程简单可控，重复性好，效率高，可实现自动捕获，也可形成捕获颗粒阵列，在医药生物领域有广泛的应用前景。

第一方面，本发明提供了一种自驱动式颗粒捕获芯片，用于捕获液体中的颗粒，所述自驱动式颗粒捕获芯片包括进样基片和捕获基片；

所述进样基片设有进样区，所述进样区包括多个进样凹槽；

所述捕获基片包括捕获区和与所述捕获区连通的引流区，所述捕获区设有多个捕获凹槽；

所述进样基片和所述捕获基片扣合，以使所述进样凹槽和所述捕获凹槽的开口方向相对且接触，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向具有夹角；

当所述液体进入所述进样凹槽后，通过毛细作用所述颗粒进入所述捕获凹槽中，所述颗粒与所述捕获凹槽的侧壁卡合且被所述进样凹槽的侧壁固定，所述液体流入所述引流区。

在本发明中，将含颗粒的液体注入进样基片进样区的进样凹槽中，液体在进样凹槽中流动，并流动至进样凹槽和捕获凹槽开口相对且接触的部分；由于毛细作用，颗粒由进样凹槽被吸入捕获凹槽中，同时颗粒被捕获凹槽的侧壁卡合，不能在捕获凹槽中移动，实现颗粒捕获过程，液体继续通过毛细作用进入捕获凹槽后继续流动并进入引流区中，与颗粒分离；本发明提供的自驱动式颗粒捕获芯片能够自动化地实现颗粒捕获，且过程简单可控。

在本发明中，含颗粒的液体可以在进样凹槽中运动，并进入进样凹槽和捕获凹槽开口方向相对且接触的部分，也就是说，进样凹槽的深度和宽度均不小于颗粒的粒径。可选的，所述进样凹槽的深度和宽度均大于所述颗粒的粒径。

在本发明中，所述进样凹槽为毫米级凹槽或微米级凹槽。可选的，所述进样凹槽的宽度W1≤1mm，所述进样凹槽的深度H1≤1mm，与捕获凹槽配合，提高捕获凹槽的捕获效率。进一步的，所述进样凹槽的宽度W1≤900μm，所述进样凹槽的深度H1≤900μm。更进一步的，所述进样凹槽的宽度W1≤650μm，所述进样凹槽的深度H1≤650μm。

可选的，多个所述进样凹槽平行设置。

在本发明中，所述捕获凹槽为毫米级凹槽或微米级凹槽。可选的，所述捕获凹槽的宽度W2≤1mm，可以增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。进一步的，所述捕获凹槽的宽度W2≤800μm，进一步增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。更进一步的，所述捕获凹槽的宽度W2≤500μm，更进一步增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。

可选的，多个所述捕获凹槽平行设置。

在本发明中，进样基片和捕获基片扣合时，进样凹槽和捕获凹槽的开口方向相对且接触，进样凹槽的延伸方向与捕获凹槽的延伸方向具有夹角，也就是说，进样基片和所述捕获基片扣合时，进样凹槽和捕获凹槽在进样基片的正投影相互交错，进样凹槽和捕获凹槽不平行，具有交错部分，交错部分也就是颗粒被捕获的地方。可选的，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向的所述夹角为30°-150°，提高了进样基片和所述捕获基片扣合时，进样凹槽和捕获凹槽在进样基片的正投影相互交错面积，即提高了可捕获纳颗粒的大小。进一步的，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向的所述夹角为45°-135°，进一步提高可捕获纳颗粒的大小。

可选的，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向垂直，也就是说，进样基片和所述捕获基片扣合时，进样凹槽和捕获凹槽在进样基片的正投影相互交错，交错部分呈长方形。

进一步的，所述进样凹槽的宽度W1与所述颗粒的粒径d之间的关系为d＜W1＜2d，所述捕获凹槽的宽度W2与所述颗粒的粒径d之间的关系为d＜W2＜2d，以使每一捕获凹槽与每一进样凹槽相接触的部分在捕获颗粒时，可以单独捕获单个颗粒，且不影响其他颗粒以及液体的流动，进而实现单一颗粒的捕获；同时当多个所述进样凹槽平行设置，多个所述捕获凹槽平行设置时，即所述进样基片和所述捕获基片扣合时，进样凹槽和捕获凹槽在进样基片上的正投影相互交错，形成网格结构，此时，被捕获的颗粒形成了单颗粒阵列结构。进一步的，所述进样凹槽的宽度W1大于捕获凹槽的宽度W2。

进一步的，所述进样基片和所述捕获基片扣合时，所述捕获凹槽在所述进样基片正投影的沿捕获凹槽延伸方向的尺寸不小于所述进样凹槽在所述进样基片正投影的沿捕获凹槽延伸方向的尺寸；也就是说，捕获凹槽在进样基片正投影的长度不小于多个进样凹槽在进样基片正投影的宽度，以使得流入进样凹槽的液体都可以进入捕获凹槽中。

在本发明中，捕获凹槽具有底面和与所述底面两端相连的侧壁，所述底面和所述侧壁的夹角大于0°且小于180°。可选的，所述底面和所述侧壁的夹角为90°，也就是说捕获凹槽为垂直槽。当所述捕获凹槽的所述底面和所述侧壁的夹角为90°时，所述捕获凹槽的深度H2小于所述颗粒的粒径d，以使所述颗粒进入所述捕获凹槽中并与所述捕获凹槽的侧壁卡合。可选的，所述底面和所述侧壁的夹角大于0°且小于90°。也就是说，捕获凹槽为斜槽，捕获凹槽的侧壁和底面具有非垂直的夹角。当所述捕获凹槽的所述底面和所述侧壁的夹角大于0°且小于90°时，所述颗粒的粒径d大于所述颗粒在所述捕获凹槽内的深度h，且小于所述捕获凹槽的深度H2，以使所述颗粒进入所述捕获凹槽中并与所述捕获凹槽的侧壁卡合。

可选的，所述引流区设置在所述捕获区沿所述捕获凹槽延伸方向的两端，且与所述捕获区连通。在本发明中，引流区用于将通过捕获区后液体进行引流和存储，此时，液体中的颗粒已被捕获区捕获。

可选的，所述引流区设有多个引流槽，所述引流槽与至少一个所述捕获凹槽连通。进一步的，所述引流槽与所述捕获凹槽的延伸方向平行，即引流槽与捕获凹槽的延伸方向一致。

可选的，所述引流槽包括多个储液槽，所述储液槽用于存储通过捕获区后的液体。

可选的，所述储液槽为微米级储液槽。

可选的，所述储液槽具有单向倾斜楔形腔室。进一步的，所述储液槽的横截面为半椭圆形、三角形、四边形或不规则形状。更进一步的，所述储液槽的横截面为半椭圆形。在本发明中，储液槽横截面为半椭圆形且为斜槽时，更容易产生剪切力，对液体产生剪切，使液体进入储液槽中；并且斜槽比垂直槽更不易产生气泡和死区，并且能够利用三维表面能梯度及拉普拉斯压差实现液体的自发流动，使液体在储液槽截面的毛细力的作用下填充储液槽，无需复杂的机械注射泵装置，具有操作过程简单和可重复性高的特点。

可选的，所述捕获基片还包括设置在所述捕获区一侧的镂空区，以使所述进样基片和所述捕获基片扣合时部分所述进样凹槽从所述镂空区露出。也就是说，所述进样基片和所述捕获基片扣合时，镂空区在进样基片上的正投影覆盖部分进样凹槽在进样基片上的正投影。在本发明中，进样凹槽从镂空区露出，便于进行加样。

在本发明中，可以是一体成型得到具有所述捕获区、所述引流区和所述镂空区的捕获基片，也可以是所述捕获区、所述引流区和所述镂空区单独形成后连接形成的捕获基片。

在本发明中，自驱动式颗粒捕获芯片可以是一体成型结构，也可以是进样基片和捕获基片单独形成后连接形成自驱动式颗粒捕获芯片，其中自驱动式颗粒捕获芯片的尺寸可以根据实际需要进行选择。

可选的，所述进样基片和所述捕获基片通过连接件或者化学键合进行连接以使所述进样基片和所述捕获基片扣合。

可选的，所述进样基片和捕获基片的材质为高分子材料。

在本发明中，可以根据捕获颗粒的大小改变进样凹槽和捕获凹槽的尺寸，也可以根据进样凹槽和捕获凹槽的尺寸捕获一定粒径范围内的颗粒。进一步的，所述颗粒的粒径为微米级。

第二方面，本发明提供了如第一方面所述的自驱动式颗粒捕获芯片在生物医药技术领域中的应用。

具体的可以但不限于为，自驱动式颗粒捕获芯片结合电化学发光技术，捕获凹槽和进样凹槽中的至少一个通电，捕获颗粒修饰有荧光基团，进而通电更加发光颜色检测捕获颗粒的性质，提高检测灵敏度和效率。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种自驱动式颗粒捕获芯片，通过将含颗粒的液体注入进样凹槽，液体继而流入至进样凹槽与捕获凹槽开口相对且接触的部分，通过毛细作用颗粒从进样凹槽进入捕获凹槽中，并与捕获凹槽的侧壁卡合，实现颗粒捕获。该捕获过程简单可控，重复性好，效率高，可实现自动捕获，也可形成捕获颗粒阵列，在医药生物领域有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片的闭合状态结构示意图。

图2为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片的展开状态结构示意图。

图3为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片中进样基片的结构示意图。

图4为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片中捕获基片的结构示意图。

图5为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片捕获颗粒的过程示意图。

图6为本发明一实施例提供的液体经过捕获凹槽的过程示意图，其中图6中(a)为捕获凹槽为斜槽时流场仿真结果图，图6中(b)为捕获凹槽为斜槽时实验过程拍摄图，图6中(c)为捕获凹槽为垂直槽时流场仿真结果图，图6中(d)为捕获凹槽为垂直槽时实验过程拍摄图。

图7为本发明效果实施例提供的捕获颗粒的示意图，其中图7中(a)为在捕获过程中捕获凹槽在明场下的示意图，图7中(b)为在捕获过程中捕获凹槽在荧光下的示意图，图7中(c)为捕获结束时捕获凹槽在明场下的示意图，图7中(d)为在捕获结束时捕获凹槽在荧光下的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片100的闭合状态结构示意图，请参阅图2，本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片的展开状态结构示意图，自驱动式颗粒捕获芯片100用于捕获液体中的颗粒，自驱动式颗粒捕获芯片100包括进样基片10和捕获基片20。请参阅图3，本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片100中进样基片10的结构示意图，进样基片10设有进样区11，进样区11包括多个进样凹槽111。图4为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片100中捕获基片20的结构示意图，捕获基片20包括捕获区21和与捕获区21连通的引流区22，捕获区21设有多个捕获凹槽211。进样基片10和捕获基片20扣合，以使进样凹槽111和捕获凹槽211的开口方向相对且接触，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向具有夹角；当液体进入进样凹槽111后，通过毛细作用颗粒进入捕获凹槽211中，颗粒与捕获凹槽211的侧壁卡合且被进样凹槽111的侧壁固定，液体流入引流区22。

在本发明中，将含颗粒的液体注入进样基片10进样区11的进样凹槽111中，液体在进样凹槽111中流动，并流动至进样凹槽111和捕获凹槽211开口相对且接触的部分；由于毛细作用，颗粒由进样凹槽111被吸入捕获凹槽211中，同时颗粒被捕获凹槽211的侧壁卡合，不能在捕获凹槽211中移动，实现颗粒捕获过程，液体继续通过毛细作用进入捕获凹槽211后继续流动并进入引流区22中，与颗粒分离；本发明提供的自驱动式颗粒捕获芯片100能够自动化地实现单个颗粒捕获，且过程简单可控。

在本发明中，含颗粒的液体可以在进样凹槽111中运动，并进入进样凹槽111和捕获凹槽211开口方向相对且接触的部分，也就是说，进样凹槽111的深度和宽度均不小于颗粒的粒径。在本发明一实施例中，进样凹槽111的深度和宽度均大于颗粒的粒径。

在本发明中，进样基片10和捕获基片20扣合后进样凹槽111和捕获凹槽211的开口方向相对且接触，也就是说，进样基片10和捕获基片20开口相对且两者有接触，中间无缝隙产生。

在本发明中，进样凹槽111为毫米级凹槽或微米级凹槽。在本发明一实施例中，进样凹槽111的宽度W1≤1mm，进样凹槽111的深度H1≤1mm，与捕获凹槽211配合，提高捕获凹槽211的捕获效率。进一步的，进样凹槽111的宽度W1≤900μm，进样凹槽111的深度H1≤900μm。更进一步的，进样凹槽111的宽度W1≤650μm，进样凹槽111的深度H1≤650μm。具体的可以但不限于，进样凹槽111的宽度≤500μm进样凹槽111的深度H1≤500μm。

在本发明一实施例中，多个进样凹槽111平行设置，以使颗粒更容易进入捕获凹槽中。

在本发明中，捕获凹槽211为毫米级凹槽或微米级凹槽。在本发明一实施例中，捕获凹槽211的宽度W2≤1mm，可以增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。进一步的，捕获凹槽211的宽度W2≤800μm，进一步增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。更进一步的，捕获凹槽211的宽度W2≤500μm，更进一步增加毛细作用力，增加捕获颗粒的吸附力，提高捕获效率。具体的可以但不限于，捕获凹槽211的宽度W2≤400μm。

在本发明一实施例中，多个捕获凹槽211平行设置，以增加能够捕获颗粒的数量。

在本发明中，进样基片10和捕获基片20扣合时，进样凹槽111和捕获凹槽211的开口方向相对且接触，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向具有夹角，也就是说，进样基片10和捕获基片20扣合时，进样凹槽111和捕获凹槽211在进样基片10的正投影相互交错，进样凹槽111和捕获凹槽211不平行，具有交错部分，交错部分也就是颗粒被捕获的地方。在本发明一实施例中，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向的夹角为30°-150°，提高了进样基片10和捕获基片20扣合时，进样凹槽111和捕获凹槽211在进样基片10的正投影相互交错面积，即提高了可捕获纳颗粒的大小。进一步的，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向的夹角为45°-135°，进一步提高可捕获纳颗粒的大小。具体的，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向的夹角为30°、45°、60°、90°、120°、135°或150°。

在本发明一实施例中，进样凹槽111的延伸方向与捕获凹槽211的延伸方向垂直，也就是说，进样基片10和捕获基片20扣合时，进样凹槽111和捕获凹槽211在进样基片10的正投影相互交错，交错部分呈长方形。进一步的，当进样凹槽111和捕获凹槽211的宽度相同时，交错部分正方形。

在本发明一实施例中，进样凹槽111的宽度W1与颗粒的粒径d之间的关系为d＜W1＜2d，捕获凹槽211的宽度W2与颗粒的粒径d之间的关系为d＜W2＜2d，以使每一捕获凹槽211与每一进样凹槽111相接触的部分在捕获颗粒时，可以单独捕获单个颗粒，且不影响其他颗粒以及液体的流动，进而实现单一颗粒的捕获；同时当多个进样凹槽111平行设置，多个捕获凹槽211平行设置时，即进样基片10和捕获基片20扣合时，进样凹槽111和捕获凹槽211在进样基片10上的正投影相互交错，形成网格结构，此时，被捕获的颗粒形成了单颗粒阵列结构。进一步的，进样凹槽111的宽度W1大于捕获凹槽211的宽度W2。

在本发明一实施例中，进样基片10和捕获基片20扣合时，捕获凹槽211在进样基片10正投影的沿捕获凹槽211延伸方向的尺寸不小于进样凹槽111在进样基片10正投影的沿捕获凹槽211延伸方向的尺寸；也就是说，捕获凹槽211在进样基片10正投影的长度不小于多个进样凹槽111在进样基片10正投影的宽度，以使得流入进样凹槽111的液体都可以进入捕获凹槽211中。

在本发明一实施例中，相邻进样凹槽111之间的间距为200μm-900μm。进一步的，相邻进样凹槽111之间的间距为300μm-750μm。更进一步的，相邻进样凹槽111之间的间距为350μm-700μm。具体的，相邻进样凹槽111之间的间距可以但不限于为200μm、400μm、550μm或730μm。

在本发明一实施例中，相邻捕获凹槽211之间的间距为200μm-900μm。进一步的，相邻捕获凹槽211之间的间距为300μm-750μm。更进一步的，相邻捕获凹槽211之间的间距为350μm-700μm。具体的，相邻捕获凹槽211之间的间距可以但不限于为220μm、380μm、470μm或830μm。

在本发明一实施例中，引流区22设置在捕获区21沿捕获凹槽211延伸方向的两端，且与捕获区21连通。在本发明中，引流区22用于将通过捕获区21后液体进行引流和存储，此时，液体中的颗粒已被捕获区21捕获。

请参阅图5，为本发明一实施例提供的自驱动式颗粒捕获芯片100捕获颗粒的过程示意图，随着液体流动的颗粒，其中箭头表示液体/颗粒的移动方向，当颗粒位于进样凹槽111流动时，运动至进样凹槽111和捕获凹槽211的开口方向相对且接触的位置，由于毛细作用产生毛细作用力，颗粒被吸附至捕获凹槽211中，且与捕获凹槽211的侧壁卡合，即成功捕获颗粒。

在本发明中，请参阅图5，捕获凹槽211具有底面2110和与底面2110两端相连的侧壁2111，底面2110和侧壁2111的夹角大于0°且小于180°。在一实施方式中，底面2110和侧壁2111的夹角为90°，也就是说捕获凹槽211为垂直槽。当捕获凹槽211的底面2110和侧壁2111的夹角为90°时，捕获凹槽211的深度H2小于颗粒的粒径d，以使颗粒进入捕获凹槽211中并与捕获凹槽211的侧壁卡合。在一实施方式中，捕获凹槽211的底面2110和侧壁2111的夹角α大于0°且小于90°。也就是说，捕获凹槽211为斜槽，捕获凹槽211的底面2110和侧壁2111具有非垂直的夹角。当捕获凹槽211的底面2110和侧壁2111的夹角α大于0°且小于90°时，颗粒的粒径d大于颗粒在捕获凹槽内的深度h，且小于捕获凹槽的深度H2，即h＜d＜H2，以使颗粒进入捕获凹槽211中并与捕获凹槽211的侧壁卡合。具体的，夹角α可以但不限于为10°、20°、25°、30°、45°、60°或85°。可选的，d/sinα＜W2＜W1。当捕获凹槽211为斜槽时，多维度楔形微腔定向运输和储存液体，更有利于颗粒捕获。在本发明中，相比与垂直结构的捕获凹槽，当捕获凹槽为斜槽时，微粒可以更轻松、迅速地进入捕获凹槽中，有利于颗粒的捕获。

在本发明一实施例中，请参阅图6，通过流场仿真软件FLUENT模拟了捕获凹槽211为斜槽(图6中(a))和垂直槽(图6中(c))时液体流动运动情况，可以看出，垂直槽结构会产生钉扎，斜槽结构时比垂直槽结构更好地产生了毛细管流动，更加容易使得液体流入捕获凹槽211中，同时对实际实验操作中液体经过捕获凹槽211时进行拍摄，5s内的斜槽结构通过的液体处于平缓流动的情况(图6中(b))，而垂直槽结构中的液体在横向的微槽上钉扎，不能平缓浸润到捕获凹槽211(图6中(d))，因此，相比于垂直槽结构，斜槽结构的捕获凹槽211更有利于液体的流动和颗粒的捕获。

在本发明一实施例中，引流区22设有多个引流槽221，引流槽221与至少一个捕获凹槽211连通。进一步的，引流槽221与捕获凹槽211的延伸方向平行，即引流槽221与捕获凹槽211的延伸方向一致。

在本发明一实施例中，引流槽221包括多个储液槽222，储液槽222用于存储通过捕获区21后的液体。

在本发明一实施例中，储液槽222为微米级储液槽222。储液槽222的开口尺寸不大于500μm。进一步的，储液槽222的开口尺寸不大于200μm。更进一步的，储液槽222的开口尺寸不大于100μm。

在本发明一实施例中，当多个引流槽221平行排布时，多个储液槽222呈阵列排布。可选的，相邻储液槽222之间的间距为50μm-100μm。当储液槽222呈阵列排布时，每一行中相邻储液槽222之间的距离与每一列中相邻储液槽222之间的距离可以相同也可以不同。具体的，每一行中相邻储液槽222之间的距离为80μm，每一列中相邻储液槽222之间的距离为60μm。

在本发明一实施例中，储液槽222具有单向倾斜楔形腔室。进一步的，储液槽222的横截面为半椭圆形、三角形、四边形或不规则形状。更进一步的，储液槽222的横截面为半椭圆形。在本发明中，储液槽222横截面为半椭圆形且为斜槽时，更容易产生剪切力，对液体产生剪切，使液体进入储液槽222中；并且斜槽比垂直槽更不易产生气泡和死区，并且能够利用三维表面能梯度及拉普拉斯压差实现液体的自发流动，使液体在储液槽222截面的毛细力的作用下填充储液槽222，无需复杂的机械注射泵装置，具有操作过程简单和可重复性高的特点。

在本发明一实施例中，请参阅图1，捕获基片20还包括设置在捕获区21一侧的镂空区23，以使进样基片10和捕获基片20扣合时部分进样凹槽111从镂空区23露出。也就是说，进样基片10和捕获基片20扣合时，镂空区23在进样基片10上的正投影覆盖部分进样凹槽111在进样基片10上的正投影。在本发明中，进样凹槽111从镂空区23露出，便于进行加样。

在本发明中，可以是一体成型得到具有捕获区21、引流区22和镂空区23的捕获基片20，也可以是捕获区21、引流区22和镂空区23单独形成后连接形成的捕获基片20。

在本发明中，自驱动式颗粒捕获芯片100可以是一体成型结构，也可以是进样基片10和捕获基片20单独形成后连接形成自驱动式颗粒捕获芯片100。

在本发明一实施例中，进样基片10和捕获基片20通过连接件或者化学键合进行连接以使进样基片10和捕获基片20扣合。在本发明一具体实施例中，连接件包括第一扣合件和第二扣合件，第一扣合计设置进样基片10上，第二扣合件设置在捕获基片20上，且第一扣合件和第二扣合计相对应设置，以使进样基片10和捕获基片20扣合。

在本发明一实施例中，进样基片10和捕获基片20的材质为高分子材料。具体的，进样基片10和捕获基片20的材质可以但不限于为聚二甲基硅氧、聚偏氟乙烯或硅橡胶。

在本发明中，可以根据捕获颗粒的大小改变进样凹槽111和捕获凹槽211的尺寸，也可以根据进样凹槽111和捕获凹槽211的尺寸捕获一定粒径范围内的颗粒。

在本发明一实施例中，颗粒为刚性颗粒或柔性颗粒。当颗粒为刚性颗粒时，颗粒被捕获入捕获凹槽211时，颗粒的粒径不发生变化；当颗粒为柔性颗粒时，颗粒被捕获入捕获凹槽211时，颗粒的粒径会由于毛细管作用力发生变化。进一步的，颗粒粒径的变形程度小于80％，则捕获凹槽211的宽度W2与所述颗粒的粒径d之间的关系为d＜W2＜2d，可以指捕获凹槽211的宽度W2与颗粒的变形后粒径之间的关系。进一步的，颗粒的粒径为微米级。

在本发明中，颗粒可以但不限于为刚性颗粒，柔性颗粒等，例如细胞、磁珠、发光颗粒等，具有外部形状的物质均可以用于自驱动式颗粒捕获芯片中进行捕获。

本发明提供的自驱动式颗粒捕获芯片100可以通过将含颗粒的液体注入进样凹槽111，液体继而流入至进样凹槽111与捕获凹槽211开口相对且接触的部分，通过毛细作用颗粒从进样凹槽111进入捕获凹槽211中，并与捕获凹槽211的侧壁卡合，实现颗粒捕获。该捕获过程简单可控，重复性好，效率高，可实现自动捕获，也可形成捕获颗粒阵列，在医药生物领域有广泛的应用前景。

本发明还提供了上述自驱动式颗粒捕获芯片100在生物医药技术领域中的应用。

在本发明中，自驱动式颗粒捕获芯片100可以很好地集成各种应用，比如在通道上进行电极修饰，形成网格化的电极阵列实现电化学发光，形成网格化的电位点阵列实现LED发光等。具体的可以但不限于为，自驱动式颗粒捕获芯片100结合电化学发光技术，捕获凹槽211和进样凹槽111中的至少一个通电，捕获颗粒修饰有荧光基团，进而通电更加发光颜色检测捕获颗粒的性质。在本发明一具体实施例中，可以将自驱动式颗粒捕获芯片100应用至ELISA单分子检测中，将自驱动式颗粒捕获芯片100中的捕获凹槽211和进样凹槽111中的至少一个通电，进行检测；自驱动式颗粒捕获芯片100结合电化学发光技术，实现高灵敏度和高循环效率检测；同时只有在电极表面通电激发后，才会产生光信号，整个实验过程中无需避光，不受实验操作人员技术水平差异的影响激发与信号采集时长统一，避免了像ELISA底物与终止液加入顺序先后所导致的数据差异，数据稳定度极高，背景噪声低；所需设备简单，灵敏度高，动态范围宽，无需复杂光学激发模块，非常适合低成本、高可靠地搭建检测系统；并且自驱动式颗粒捕获芯片100可以重复利用，节约检测成分。

效果实施例

提供上述的自驱动式颗粒捕获芯片，以及配制8ng/ml的人活化蛋白C(APC)溶液，将APC溶液添加至进样凹槽中，进行颗粒的捕获，结果如7所示，其中，图7中(a)为在捕获过程中捕获凹槽在明场下的示意图，显示在捕获凹槽中已经捕获的颗粒，图7中(b)为在捕获过程中捕获凹槽在荧光下的示意图，显示一些流动的颗粒和一些静态颗粒，可以看出，已经捕获的颗粒和后续进入的颗粒不会互相干扰；捕获结束后，对捕获凹槽进行在明场和荧光下检测(图7中(c)和(d))，可以看出溶液中的颗粒被大量捕获至捕获凹槽中，表明本申请提供的自驱动式颗粒捕获芯片能够实现颗粒的自动捕获，同时可以根据需要实现颗粒的大量捕获，形成捕获颗粒阵列，在医药生物领域有广泛的应用前景。

以上所述是本发明的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自驱动式颗粒捕获芯片，用于捕获液体中的颗粒，其特征在于，所述自驱动式颗粒捕获芯片包括进样基片和捕获基片；

所述进样基片设有进样区，所述进样区包括多个进样凹槽；

所述捕获基片包括捕获区和与所述捕获区连通的引流区，所述捕获区设有多个捕获凹槽；

所述进样基片和所述捕获基片扣合，以使所述进样凹槽和所述捕获凹槽的开口方向相对且接触，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向具有夹角；

当所述液体进入所述进样凹槽后，通过毛细作用所述颗粒进入所述捕获凹槽中，所述颗粒与所述捕获凹槽的侧壁卡合且被所述进样凹槽的侧壁固定，所述液体流入所述引流区。

2.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述进样凹槽的宽度W1≤1mm，所述进样凹槽的深度H1≤1mm，所述捕获凹槽的宽度W2≤1mm。

3.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，多个所述进样凹槽平行设置，多个所述捕获凹槽平行设置。

4.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向的所述夹角为30°-150°。

5.如权利要求1-4任一项所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述进样凹槽的延伸方向与所述捕获凹槽的延伸方向垂直。

6.如权利要求5所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述进样凹槽的宽度W1与所述颗粒的粒径d之间的关系为d＜W1＜2d，所述捕获凹槽的宽度W2与所述颗粒的粒径d之间的关系为d＜W2＜2d。

7.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述捕获凹槽具有侧壁和与所述侧壁连接的底面，所述侧壁和所述底面的夹角大于0°且小于90°。

8.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述引流区设有多个引流槽，所述引流槽与至少一个所述捕获凹槽连通，所述引流槽包括多个储液槽，所述储液槽为微米级储液槽，所述储液槽具有单向倾斜楔形腔室。

9.如权利要求1所述自驱动式颗粒捕获芯片，其特征在于，所述捕获基片还包括设置在所述捕获区一侧的镂空区，以使所述进样基片和所述捕获基片扣合时部分所述进样凹槽从所述镂空区露出。

10.如权利要求1-9任一项所述的自驱动式颗粒捕获芯片在生物医药技术领域中的应用。

Images