CN110975953A - 一种微纳流控芯片及其制备方法与应用 - Google Patents

一种微纳流控芯片及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

一种微纳流控芯片，包括至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层，纳通道阵列层和微通道阵列层交替层叠设置；纳通道阵列层包括纳通道；微通道阵列层包括入口单元和/或出口单元，入口单元包括入口微通道阵列和入口，出口单元包括出口微通道阵列和出口，入口微通道阵列包括入口微通道，出口微通道阵列包括出口微通道，入口微通道和出口微通道通过纳通道连通。上述微纳流控芯片，纳通道可以对细胞外囊泡等具有膜结构的生物粒子进行有效的机械挤压，实现细胞外囊泡等生物粒子的膜穿孔并载入药物，并可以有效提高载药效率、维持生物活性以及提高载药过程的通量。此外，还提供一种上述微纳流控芯片的制备方法以及一种载药生物粒子的制备方法。

Description

一种微纳流控芯片及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及微流控技术和纳流控技术领域，尤其涉及一种微纳流控芯片及其制备方法与应用。
背景技术
随着纳米技术的兴起，多种纳米载药系统相继被提出，旨在将小分子、核酸以及蛋白质等物质运载到体内或病灶组织，不仅有助于诊断和治疗癌症、传染性疾病、心血管疾病以及神经退行性疾病等疾病，还有利于提高治疗效果，并减少器官毒性等负作用。因此，构建新型的纳米载药系统对实验研究以及临床应用具有重要的理论意义和实用价值。
目前，常用的纳米载药系统包括纳米颗粒和病毒等。但在临床应用过程中却面临器官毒性、免疫反应以及体内循环时间短等问题。来源于体内细胞分泌、微生物分泌或人工合成的直径大约为30～2000纳米的细胞外囊泡(Extracellular vesicles)等生物粒子，被视为一种天然的通讯媒介或运载工具，其不仅可实现物质的转移和运输，还具有低免疫性、生物可降解、无毒性、物质运载效率高以及组织穿透能力强等优势，因而近年来被视为一种新型的纳米载药系统。
为了实现将药物运载到细胞外囊泡等生物粒子内部，常用的方法包括孵化法和电穿孔法。孵化法是将药物与细胞外囊泡等生物粒子在一定温度下混合均匀，药物在浓度梯度作用下逐渐扩散进入细胞外囊泡等生物粒子内部而实现载药。虽然孵化法具有简单易操作的特点，但这种方法普遍存在载药效率较低的问题。电穿孔法作为另一种常用的载药方法，是通过外加电场刺激细胞外囊泡等生物粒子，使其膜表面在短时间内出现孔状结构，药物通过孔而进入细胞外囊泡等生物粒子内部，一定时间后膜表面恢复最初的完整状态，从而实现药物在细胞外囊泡等生物粒子内的包裹，即为载药过程。这种载药方法虽然提高了载药效率，但外加电场不仅会破坏细胞外囊泡等生物粒子的活性，还会造成细胞外囊泡等生物粒子的团聚，同时对敏感性药物也会产生一定的损害。
微纳流控技术(Micro-/Nano-fluidics)是在微观或纳观尺度下研究和应用流体特性及其内容物的技术。微流控芯片在药物的制备方法上已有所应用，但是还未有微纳流控芯片应用于细胞外囊泡等生物粒子载药的研究。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种可应用于细胞外囊泡等生物粒子载药的微纳流控芯片、微纳流控芯片的制备方法以及载药生物粒子的制备方法。
一种微纳流控芯片，包括至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层，所述纳通道阵列层和所述微通道阵列层交替层叠设置；
所述纳通道阵列层包括至少一个纳通道；
所述微通道阵列层包括入口单元和/或出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，所述入口微通道阵列包括至少一个入口微通道，所述出口微通道阵列包括至少一个出口微通道，所述入口微通道和所述出口微通道交替间隔设置，所述入口和所述入口微通道连通，所述出口和所述出口微通道连通，所述入口微通道和所述出口微通道通过所述纳通道连通；
当所述微通道阵列层为一层时，所述微通道阵列层包括所述入口单元和所述出口单元，所述纳通道连通所述入口微通道和所述出口微通道时，所述纳通道的延伸方向与所述微通道阵列层垂直设置或呈0°～90°夹角设置；
当所述微通道阵列为两层以上时，其中一个所述微通道阵列层包括所述入口单元，另一个所述微通道阵列层包括所述出口单元，所述纳通道阵列层设于相邻的两个所述微通道阵列层之间，所述纳通道连通所述入口微通道和所述出口微通道时，所述纳通道的延伸方向与微通道阵列层垂直设置或呈0°～90°夹角设置。
在一个实施例中，所述纳通道阵列层的材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯，所述微通道阵列层的材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯。
在一个实施例中，当所述纳通道阵列包括至少两个所述纳通道时，所述纳通道阵列层的纳通道平行设置或相互之间呈0°～90°夹角设置。
在一个实施例中，当所述入口微通道和所述出口微通道的数量均为一个时，所述入口微通道和所述出口微通道平行设置；或
当所述入口微通道的数量为两个以上，且所述出口微通道的数量为两个以上时，所述入口微通道平行设置，所述出口微通道平行设置，所述入口微通道和所述出口微通道形成平行状的叉指结构；或
当所述入口微通道的数量为两个以上，且所述出口微通道的数量为两个以上时，所述入口微通道相互之间呈0°～90°夹角设置，所处出口微通道相互之间呈0°～90°夹角设置，所述入口微通道和所述出口微通道形成交叉状的叉指结构；或
所述入口微通道的形状为圆形，所述出口微通道的形状为环形，所述入口微通道和所述出口微通道形成圆周状叉指结构；或
所述入口微通道的形状为环形，所述出口微通道的形状为圆形，所述入口微通道和所述出口微通道形成圆周状叉指结构；或
所述入口微通道的形状为螺旋形，所述出口微通道的形状为螺旋形，所述入口微通道和所述出口微通道形成螺旋状叉指结构。
在一个实施例中，所述入口微通道的深度为1微米～1000微米，所述出口微通道的深度为1微米～1000微米；
当所述纳通道的几何形状为长方体时，纳通道的深度尺寸为10纳米～5000纳米，宽度尺寸为10纳米～1000微米；或
当所述纳通道的几何形状为圆柱体时，纳通道的直径为10纳米～5000纳米。
一种微纳流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层；
在第二基底上形成入口单元和/或出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层，其中，所述入口微通道阵列包括至少一个入口微通道，所述出口微通道阵列包括至少一个出口微通道，所述入口微通道和所述出口微通道交替间隔设置，所述入口和所述入口微通道连通，所述出口和所述出口微通道连通；
将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合，得到所述微纳流控芯片，其中，所述入口微通道和所述出口微通道通过所述纳通道连通。
在一个实施例中，采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在所述第一基底上形成所述多个纳通道。
在一个实施例中，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
在所述第一基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用纳通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有纳通道掩模的第一基底；
将所述形成有纳通道掩模的第一基底进行刻蚀，在第一基底表面刻蚀出多个纳通道，形成刻蚀后的第一基底；
将所述刻蚀后的第一基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除所述刻蚀后的第一基底表面的纳通道掩模，得到所述纳通道阵列层。
在一个实施例中，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
在所述第一基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用纳通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第一基底进行后烘处理，然后将后烘的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有纳通道阳模的第一基底；
将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到所述形成有纳通道阳模的第一基底上，得到形成有纳通道阵列的第一基底。
在一个实施例中，采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在所述第二基底上形成所述入口微通道阵列和/或出口微通道阵列。
在一个实施例中，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
在所述第二基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底进行后烘处理，然后将曝光后的第二基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道阳模的第二基底；
将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到所述形成有微通道阳模的第二基底上，得到形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底；
翻模固化后，对所述形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底进行打孔，形成入口和出口，得到微通道阵列层。
在一个实施例中，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
在所述第二基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道掩模的第二基底；
将所述形成有微通道掩模的第二基底进行刻蚀，在第二基底表面刻蚀出多个微通道，形成刻蚀后的第二基底；
刻蚀形成微通道后，对所述形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底进行激光打孔，形成入口和出口；
将所述打孔后的第二基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除所述刻蚀后的第二基底表面的微通道掩模，得到所述微通道阵列层。
在一个实施例中，采用氧等离子体键合、阳极键合、熔融键合或低温键合的方式将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合。
在一个实施例中，将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合的操作为，将第一基底的顶面和第二基底的底面进行氧等离子体处理后，然后将第一基底的顶面和第二基底的底面对准键合。
一种载药生物粒子的制备方法，包括以下步骤：
将生物粒子溶液与药物溶液的混合溶液注入到如权利要求1所述的微纳流控芯片的入口中，其中，所述生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡、尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30纳米～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30纳米～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30纳米～2000纳米的脂质体中的至少一种；
所述混合溶液经所述入口微通道进入所述纳通道，所述纳通道深度、宽度或直径小于等于所述生物粒子的直径，所述生物粒子的膜在所述纳通道的机械挤压作用下形成孔，所述药物由所述生物粒子外部经过所述孔进入所述生物粒子的内部，实现载药功能；
从所述出口收集载药后的混合溶液，提纯后得到所述载药生物粒子。
在一个实施例中，当所述生物粒子为细胞外囊泡时，所述生物粒子溶液的制备包括以下步骤：
从生物样品中提取分离出细胞外囊泡；
接着将所述细胞外囊泡重悬到磷酸盐缓冲液或细胞培养基中，得到所述生物粒子溶液。
在一个实施例中，所述从生物样品中提取分离出细胞外囊泡的步骤中，采用超速离心提取法、密度梯度离心提取法、过滤提取法、免疫捕获提取法或沉淀试剂盒的提取方法。
在一个实施例中，所述生物样品为细胞培养上清、血浆、血清、尿液、唾液、牛奶、葡萄或西柚。
在一个实施例中，所述药物溶液中的药物为尺寸小于等于500纳米的药物、尺寸小于等于500纳米的药物模型或者尺寸小于等于500纳米的生物分子中的至少一种。
在一个实施例中，所述尺寸小于等于500纳米的药物为癌症药物、传染性疾病药物、心血管疾病药物或神经退行性疾病药物，所述尺寸小于等于500纳米的药物模型为蛋白类药物模型、纳米材料类药物模型或核酸类药物模型，所述尺寸小于等于500纳米的生物分子为探针类生物分子。
在一个实施例中，所述癌症药物为阿霉素、姜黄素或紫杉醇；
所述传染性疾病药物为两性霉素B、环丙沙星、利福平或妥布霉素；
所述心血管疾病药物为胺碘酮、阿替洛尔或5-单硝酸异山梨酯；
所述神经退行性疾病药物为多巴胺、丹参酮ⅡA或左旋多巴；
所述蛋白类药物模型为免疫球蛋白、白介素、牛血清白蛋白或核酸内切酶；
所述纳米材料类药物模型为量子点、碳纳米管或纳米粒子；
所述核酸类药物模型为质粒、核糖核酸、脱氧核糖核酸或寡核苷酸；
所述生物分子为钾离子探针分子、钙离子探针分子以及肌醇三磷酸。
在一个实施例中，所述提纯的方法为超速离心法、密度梯度离心法、过滤法、免疫捕获法或沉淀试剂盒法。
一种载药生物粒子的制备方法，包括如下步骤：
将生物粒子溶液注入到上述的微纳流控芯片的入口中，其中，所述生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡或尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30纳米～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30纳米～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30纳米～2000纳米的脂质体中的至少一种；
所述生物粒子溶液经所述入口微通道进入所述纳通道，所述纳通道深度、宽度或直径小于等于所述生物粒子的直径，所述生物粒子的膜在所述纳通道的机械挤压作用下形成孔；
从所述出口收集受挤压后的生物粒子溶液，并将药物和所述受挤压后的生物粒子溶液混合，所述药物由所述生物粒子外部经过所述孔进入所述生物粒子的内部，提纯后得到所述载药生物粒子。
一种上述的微纳流控芯片在对生物粒子进行挤压载药，或合成脂质体以及对脂质体进行挤压载药，或用于将细胞膜碎片合成为细胞膜纳米颗粒并对其进行挤压载药，或用于人为合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒载药中的应用。
一种采用上述的微纳流控芯片的制备方法制备得到微纳流控芯片在对生物粒子进行挤压载药，或合成脂质体以及对脂质体进行挤压载药，或用于将细胞膜碎片合成为细胞膜纳米颗粒并对其进行挤压载药，或用于人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒载药中的应用。
上述微纳流控芯片，入口微通道和出口微通道通过纳通道相互连通，使得样品由入口微通道注入纳通道后，经过纳通道的机械挤压作用后到达出口微通道。由于纳流道的深度、宽度或直径与生物粒子的尺寸相似，可以对30纳米～2000纳米的细胞外囊泡等生物粒子进行有效的机械挤压，通过机械挤压作用可以实现细胞外囊泡等生物粒子膜穿孔并载入多种尺寸不同的药物、药物模型或生物分子的目标。与现有电穿孔载药相比，不仅避免了外加电场的使用，避免了细胞外囊泡等生物粒子聚团和活性降低的问题。由于不需要外加电场的专用仪器，从而有效降低了成本，有助于推广或产业化应用。此外，通过设置多条入口微通道、出口微通道和纳通道，因而具有高通量的优势，可以有效提高载药过程的通量，解决了普通孵化法向细胞内载药效率低的问题。上述微纳流控芯片，不仅可以用于细胞外囊泡等生物粒子载药研究，还有潜力在临床应用中进行推广。以便于满足实验研究和临床应用对纳米载药系统的需求。
上述微纳流控芯片的制备方法，简单可行，易于操作。
上述载药生物粒子的制备方法，简单可行，易于操作，纳通道可以对生物粒子进行有效的机械挤压，通过机械挤压作用可以实现细胞外囊泡等生物粒子膜穿孔并载入多种尺寸不同的药物、药物模型或生物分子的目标。与现有电穿孔载药相比，不仅避免了外加电场的使用，避免了细胞外囊泡等生物粒子聚团和活性降低的问题。由于不需要外加电场的专用仪器，从而有效降低了成本，有助于推广或产业化应用。
附图说明
图1中a为一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图1中b为所示的微纳流控芯片的俯视图；
图1中c为所示的微纳流控芯片的左视图；
图2中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图2中b为图2中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图2中c为图2中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图3中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图3中b为图3中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图3中c为图3中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图4中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图4中b为图4中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图4中c为图4中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图5中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图5中b为图5中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图5中c为图5中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图6中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图6中b为图6中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图6中c为图6中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图7中a为另一实施方式的微纳流控芯片的正面结构示意图；
图7中b为图7中a所示的微纳流控芯片的俯视图；
图7中c为图7中a所示的微纳流控芯片的左视图；
图8为一实施方式的微纳流控芯片的制备方法的流程图；
图9为一实施例的纳通道阵列层的制备方法的流程图；
图10为另一实施例的纳通道阵列层的制备方法的流程图；
图11为一实施例的微通道阵列层的制备方法的流程图；
图12为微纳流控芯片的制备方法结构示意图；
图13为另一实施例的微通道阵列层的制备方法的流程图；
图14为一实施方式的载药生物粒子的制备方法的流程图；
图15为载药生物粒子的制备方法的反应机理示意图；
图16为另一实施方式的载药生物粒子的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。本发明中所说的固定连接，包括直接固定连接和间接固定。
本申请中的生物粒子是指尺寸为30纳米～2000纳米的细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡、具有膜结构的亚细胞结构、细胞膜纳米颗粒、人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒或脂质体。
如图1和图2所示，一实施方式的微纳流控芯片，包括至少一层纳通道阵列层30和至少一层微通道阵列层40，纳通道阵列层30和微通道阵列层40交替层叠设置。
纳通道阵列层30包括至少一个纳通道32。
微通道阵列层40包括入口单元和出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口10，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口20，入口微通道阵列包括至少一个入口微通道42，出口微通道阵列包括至少一个出口微通道46，入口微通道42和出口微通道46交替间隔设置，入口10和入口微通道42连通，出口20和出口微通道46连通，入口微通道42和出口微通道46通过纳通道32连通。
请参考图1，当微通道阵列层40为一层时，微通道阵列层40包括入口单元和出口单元。纳通道32连通入口微通道42和出口微通道46时，纳通道32的延伸方向与微通道阵列层40垂直设置或呈0°～90°夹角设置。
请参考图2，当微通道阵列40为两层以上时，其中一个微通道阵列层40包括入口单元，另一个微通道阵列层40包括出口单元。纳通道阵列层30设于相邻的两个微通道阵列层40之间，纳通道32连通入口微通道42和出口微通道46时，纳通道32的延伸方向与微通道阵列层40垂直设置或呈0°～90°夹角设置。
具体的，在图2所示的实施例中，微通道阵列40的数量为两层。上述微纳流控芯片，入口微通道42和出口微通道46通过纳通道32相互连通，使得样品由入口微通道42注入纳通道32后，经过纳通道32的机械挤压作用后到达出口微通道46。由于纳通道32的深度、宽度或直径与生物粒子的尺寸相似，可以对生物粒子进行有效的机械挤压，通过机械挤压作用可以实现细胞外囊泡等生物粒子膜穿孔并载入多种尺寸不同的药物、药物模型或生物分子的目标。与现有电穿孔载药相比，不仅避免了外加电场的使用，避免了细胞外囊泡等生物粒子聚团和活性降低的问题。由于不需要外加电场的专用仪器，从而有效降低了成本，有助于推广或产业化应用。此外，通过设置多条入口微通道42、出口微通道46和纳通道32，因而具有高通量的优势，可以有效提高载药过程的通量，解决了普通孵化法向生物粒子内载药效率低的问题。上述微纳流控芯片，不仅可以用于细胞外囊泡等生物粒子的载药研究，还有潜力在临床应用中进行推广。以便于满足实验研究和临床应用对纳米载药系统的需求。
在图1所示的实施例中，纳通道阵列层30的基底为玻璃基底32。可以理解，纳通道阵列层30的材质不限于玻璃，还可以为聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)、石英或硅片、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate)或聚一氯对二甲苯(ParyleneC)等常用的微纳加工材料。
在图1所示的实施例中，微通道阵列层40的材质为PDMS44。可以理解，微通道阵列层40的材质不限于PDMS，还可以为玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯等常用的微纳加工材料。
纳通道阵列层30和微通道阵列层40不局限于分别设于上下两层基底中，纳通道阵列层30和微通道阵列层40也可以同时位于同一层基底中。
图1所示的实施例中，纳通道阵列层30和微通道阵列层40均只有一层。可以理解，微纳流控芯片也不局限于两层，可以扩展为多层，只要满足任意两层微通道阵列层40之间有一层纳通道阵列层30连接串通即可。
当纳通道阵列包括至少两个纳通道时，纳通道阵列层的纳通道平行设置或相互之间呈0°～90°夹角设置。在图1所示的实施例中，纳通道阵列层30的纳通道32平行设置。可以理解，纳通道32也并非要完全平行设置，只要纳通道32能够连通入口微通道42或出口微通道46即可。例如，图7所示的实施例中，纳通道相交呈0°～90°夹角设置。
请参考图3，当入口微通道42和出口微通道46的数量均为一个时，入口微通道42和出口微通道46平行设置。图3中，纳通道32的数量为三个。可以理解，实际中并不局限于三个，纳通道32的数量为至少一个。
当入口微通道的数量为两个以上，且出口微通道的数量为两个以上时，在图1所示的实施例中，入口10和入口微通道42通过入口连接通道连通。具体的，入口10和入口连接通道连通。多个入口微通道42平行设置，多个入口微通道42的一端和入口连接通道连通。出口20和出口微通道46通过出口连接通道连通。具体的，出口20和出口连接通道连通。多个出口微通道46平行设置，多个出口微通道46的一端和出口连接通道连通。入口微通道通42和出口微通道通46交替间隔设置。可以理解，入口微通道42和出口微通道46也并非要完全平行设置，只要入口微通道42与出口微通道46相互之间存在间隔即可。
进一步的，在图1和图2所示的实施例中，纳通道32的延伸方向垂直于入口微通道42和出口微通道46的延伸方向。可以理解，纳通道32的延伸方向不限于垂直于入口微通道42和出口微通道46的延伸方向，纳通道32的延伸方向与入口微通道42和出口微通道46的延伸方向可呈0°～90°夹角排列，只要纳通道32能够连入口微通道42和出口微通道46即可。
在图1所示的实施例中，入口微通道42平行设置，出口微通道46平行设置，入口微通道42和出口微通道46形成平行状的叉指结构。可以理解，请参考图4，入口微通道42相互之间可呈0°～90°夹角设置，出口微通道63相互之间可呈0°～90°夹角设置，入口微通道42和出口微通道46形成相互交叉的叉指结构。纳通道32连通入口微通道42和出口微通道46。
进一步的，在其他实施例中，入口微通道42和出口微通道46也可以为其他形状。例如，请参考图5，入口微通道42的形状为圆形，出口微通道46的形状为环形，入口微通道42和出口微通道46形成圆周状叉指结构。
请参考图6，在另一个实施例中，入口微通道42的形状为环形，出口微通道46的形状为圆形环形，入口微通道42和出口微通道46形成圆周状叉指结构。
请参考图7，在另一个实施例中，入口微通道42的形状为螺旋形，出口微通道46的形状为螺旋形，入口微通道42和出口微通道46形成螺旋状叉指结构。
在一个实施例中，入口微通道42的深度为1～1000微米，出口微通道46的深度为1～1000微米。当纳通道32的几何形状为长方体时，纳通道32的深度为10纳米～5000纳米，纳通道32的宽度为10纳米～1000微米。当纳通道32的几何形状为圆柱体时，纳通道32的直径为10纳米～5000纳米。可以理解，在实际工作中，纳通道32的宽度、深度、长度以及间距可设计为不同尺寸，只要使微纳流控芯片能够处理不同尺寸的生物粒子即可。例如尺寸为30～2000纳米的外泌体、尺寸为200～2000纳米的微泡、尺寸为500～2000纳米的凋亡小体、尺寸为30～2000纳米的亚细胞结构、直径为30～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒或直径为30～2000纳米的脂质体等。
可以理解，入口微通道42、出口微通道46和纳通道32的数目并不局限，可以根据微纳流控芯片的通量要求而设置不同的数量。
可以理解，入口微通道42和出口微通道46的长度、宽度、深度以及间距不限于某一特定尺寸，只要能将一定体积的生物粒子混合溶液注入到纳通道32处即可。
可以理解，微纳流控芯片的入口不局限于一个入口，可以将入口设计为多个，每一个入口分别通入细胞外囊泡等生物粒子溶液、药物溶液、药物模型溶液或生物分子溶液。
可以理解，微纳流控芯片的出口不局限于一个出口，可以将出口设计为多个，每一个出口都可以用于分别收集载药后的生物粒子。
请参考图8，提供一种上述微纳流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
S10、在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层。
可以理解，S10中，可以采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在第一基底上形成多个纳通道。
可以理解，第一基底的材质不限于玻璃，还可以为PDMS、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯等常用的微纳加工材料。
具体的，S10中，可以利用刻蚀方法在玻璃等材料顶部制作出纳通道阵列，或利用基于PDMS翻模的软光刻方法在PDMS等材料顶部制作出纳通道阵列，或利用纳米压印方法在聚甲基丙烯酸甲酯等材料顶部制作出纳通道阵列。
S20、在第二基底上形成入口单元和/或出口单元，其中，入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层，其中，入口微通道阵列包括至少一个入口微通道，出口微通道阵列包括至少一个出口微通道，入口微通道和出口微通道交替间隔设置，入口和入口微通道阵列连通，出口和出口微通道阵列连通。
可以理解，第二基底的材质不限于PDMS，还可以为玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯等常用的微纳加工材料。
可以理解，S20中，可以采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在第二基底上形成入口微通道阵列和/或出口微通道阵列。即，在第二基底上形成入口微通道阵列和出口微通道阵列。或者在第二基底上只形成入口微通道阵列，不形成出口微通道阵列。或者在第二基底上只形成出口微通道阵列，不形成入口微通道阵列。请参考图8，当第二基底上只形成入口微通道阵列或出口微通道阵列时，需要在第三基底上形成对应的出口微通道阵列或入口微通道阵列。
具体的，S20中，可以利用基于PDMS翻模的软光刻方法在PDMS等材料底部制作出微通道阵列，或利用刻蚀方法在玻璃等材料底部刻蚀出微通道阵列，或利用纳米压印方法在聚甲基丙烯酸甲酯等材料底部制作出微通道阵列。
S30、将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合，得到微纳流控芯片，其中，入口微通道和出口微通道通过纳通道连通。
可以理解，S30中，可以采用氧等离子体键合、阳极键合、熔融键合或低温键合的方式将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合。
具体的，在一个实施例中，请参考图9和图12，S10中，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
S12、在第一基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用纳通道掩模版进行曝光处理，见图12中e，接着将曝光后的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有纳通道掩模的第一基底，见图12中f。
在一个实施例中，第一基底可以为玻璃基底。
在一个实施例中，在第一基底表面涂覆形成正性光刻胶层前，可以对第一基底进行清洗并烘干，然后对第一基底表面进行亲水化处理。
在一个实施例中，可以采用旋涂的方法在第一基底表面涂覆形成正性光刻胶层。
前烘干的目的是去除正性光刻胶层内的溶剂，并提高光刻胶与第一基底的粘附力。
坚膜的操作为在90℃～130℃的温度下烘烤5分钟～120分钟，使光刻胶硬化，并增加光刻胶与第一基底的粘附力。
S14、将形成有纳通道掩模的第一基底进行刻蚀，在第一基底表面刻蚀出多个纳通道，形成刻蚀后的第一基底，见图12中g。
S16、将刻蚀后的第一基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除刻蚀后的第一基底表面的纳通道掩模，得到纳通道阵列层，见图12中h。
S16中，在去除刻蚀后的第一基底表面的纳通道掩模后，可以进行烘干操作。
具体的，在另一个实施例中，请参考图10，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
S17、在第一基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第一基底进行后烘处理，然后将曝光后的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道阳模的第一基底。
S18、将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到形成有微通道阳模的第一基底上，得到形成有纳通道阵列的第一基底。
具体的，在一个实施例中，请参考图11，S20中，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
S22、在第二基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底进行后烘处理，见图12中a，接着将后烘的第二基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道阳模的第二基底，见图12中b。
在一个实施例中，第二基底可以为硅片基底。
在一个实施例中，在第二基底表面涂覆形成负性光刻胶层前，第二基底首先进行清洗并烘干，然后将第二基底表面进行亲水化处理。光刻胶采用旋涂的方式涂覆。
在一个实施例中，利用微通道掩模版进行曝光处理后，还包括后烘的步骤。
前烘干的目的是去除正性光刻胶层内的溶剂，提高光刻胶与第二基底的粘附力。
后烘的目的是增加曝光区域中负性光刻胶的强度，提高光刻精度。
坚膜的操作为在150℃～250℃的温度下烘烤5分钟～120分钟，使光刻胶硬化，并增加光刻胶与第二基底的粘附力。
S24、将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到形成有微通道阳模的第二基底上，得到形成有入口微通道阵列和出口微通道阵列的第二基底，见图12中c。
聚二甲基硅氧烷混合溶液通过如下方法制备：将PDMS固化剂和PDMS预聚物按照1/3～1/12的质量比混合并搅拌均匀，得到PDMS混合溶液。
在一个实施例中，在进行聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑前，微通阳模经过脱模剂预处理，并在一定温度下烘烤而使其固化。
S26、固化翻模后，对形成有入口微通道阵列和出口微通道阵列的第二基底进行打孔，形成入口和出口，得到微通道阵列层，见图12中d。
在一个实施例中，翻模后，利用打孔器钻孔。
具体的，在另一个实施例中，请参考图13，S20中，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，出口单元包括和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
S27、在第二基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底浸入显影液中显影，后烘干后，得到形成有微通道掩模的第二基底。
S28、将形成有微通道掩模的第二基底进行刻蚀，在第二基底表面刻蚀出多个微通道，形成刻蚀后的第二基底。
S29、刻蚀形成微通道后，对形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底进行激光打孔，形成入口和出口。
S210、将打孔后的第二基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除刻蚀后的第二基底表面的微通道掩模，得到微通道阵列层。
具体的，在一个实施例中，S30中，将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合的操作为，将第一基底的顶面和第二基底的底面进行氧等离子体处理后，然后将第一基底的顶面和第二基底的底面对准键合，见图12中i。
在一个实施例中，上述微纳流控芯片的制备方法，还包括以下步骤：在第二基底的入口和出口处连接导管，见图12中j。入口处的导管用于输入，出口处的导管用于输出。
上述微纳流控芯片可以进行细胞外囊泡等生物粒子载药的片上实验，因此下文将详细介绍微纳流控芯片在细胞外囊泡载药上的使用方法和操作步骤。片上实验主要包括细胞外囊泡提取、药物混合、芯片处理、药物扩散、样品收集。
请参考图14和图15，一种载药生物粒子的制备方法，包括以下步骤：
S100、将生物粒子溶液与药物溶液的混合溶液注入到上述微纳流控芯片的入口中，其中，生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡、尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30～2000纳米的脂质体中的至少一种。
S100中，当生物粒子为细胞外囊泡时，生物粒子溶液的制备包括以下步骤：
S110、从生物样品中提取分离出细胞外囊泡。
从生物样品中提取分离出细胞外囊泡的步骤中，可以采用超速离心提取法、密度梯度离心提取法、过滤提取法、免疫捕获提取法或沉淀试剂盒等常用细胞外囊泡提取方法中的一种或几种方法结合。
进一步的，生物样品为细胞培养上清、血浆、血清、尿液、唾液、牛奶、葡萄或西柚。
S120、接着将细胞外囊泡重悬到磷酸盐缓冲液或细胞培养基中，得到生物粒子溶液。
可以理解，生物粒子载药所选用的药物不局限于某一特定药物。药物可以为尺寸小于等于500纳米的药物、药物模型或者生物分子中的至少一种。
进一步的，尺寸小于等于500纳米的药物为癌症药物、传染性疾病药物、心血管疾病药物或神经退行性疾病药物，药物模型为蛋白类药物模型、纳米材料类药物模型或核酸类药物模型。
进一步的，癌症药物为阿霉素、姜黄素或紫杉醇等。
传染性疾病药物为两性霉素B、环丙沙星、利福平或妥布霉素等。
心血管疾病药物为胺碘酮、阿替洛尔或5-单硝酸异山梨酯等。
神经退行性疾病药物为多巴胺、丹参酮ⅡA或左旋多巴等。
蛋白类药物模型为免疫球蛋白、白介素、牛血清白蛋白或核酸内切酶等。
纳米材料类药物模型为量子点、碳纳米管或磁性纳米粒子等。
核酸类药物模型为质粒、核糖核酸或寡核苷酸等。
生物分子为钾离子探针分子、钙离子探针分子以及肌醇三磷酸等。
S100中，生物粒子溶液与药物溶液的混合溶液中，生物粒子溶液的浓度和药物溶液的浓度，根据实际需求进行设定。
将混合溶液通过导管注入到微纳流控芯片的入口微通道中，由于细胞外囊泡膜的阻挡作用，药物只能分布在细胞外囊泡的外部，见图15中a。
S200、混合溶液经入口微通道进入纳通道，纳通道深度小于等于生物粒子的直径，生物粒子的膜在纳通道的机械挤压作用下形成孔，药物由生物粒子外部经过孔进入生物粒子的内部，实现载药功能。
具体的，当生物粒子为细胞外囊泡时，混合溶液注入入口微通道后，细胞外囊泡和药物经过纳通道的挤压作用后，其中纳通道深度小于等于细胞外囊泡的直径，到达出口微通道，细胞外囊泡的膜便在纳通道的机械挤压作用下暂时形成孔，为药物的运输提供通道，见图15中b，具体的，细胞外囊泡进入尺寸更小的纳通道时，细胞外囊泡在机械作用下而变形的过程中，机械作用会为细胞外囊泡膜的膜提供能量，导致磷脂双分子层重构，从而在重构的过程中形成孔洞。
当出口微通道中细胞外囊泡膜表面形成孔后，药物便在浓度梯度的作用下，由细胞外囊泡外部经过孔到达细胞外囊泡的内部，细胞外囊泡膜逐渐恢复为完整性形态后便实现了载药功能，见图15中c，具体的，细胞外囊泡膜穿孔后，细胞外囊泡内部和外部的钙离子浓度会发生变化，从而驱动细胞外囊泡进行膜修复。
S300、从出口收集载药后的混合溶液，提纯后得到载药生物粒子。
S300中，提纯的方法为超速离心法、密度梯度离心法、过滤法、免疫捕获法或沉淀试剂盒方法。
上述载药生物粒子的制备方法中，生物粒子不局限于与某一种药物混合，也可以与多种药物同时混合，实现多种药物同时载入生物粒子内部。此外，生物粒子为细胞外囊泡时，细胞外囊泡的尺寸大约为30～2000纳米，参与载药的细胞外囊泡并不限于某一特定尺寸，也可以是多个尺寸细胞外囊泡在同一微纳流控芯片中进行挤压载药。
在制备得到载药生物粒子后，还有对其结构和功能进行表征。具体的，获得载药生物粒子后，可以通过流式细胞仪、超分辨光学成像系统、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、冷冻电镜以及纳米颗粒跟踪分析等分析方法表征生物粒子的载药情况、形态以及电动电位等。与此同时，还可对载药的生物粒子进行功能表征，例如将载药的生物粒子与不同种类的细胞或体外组织共孵化，观察生物粒子将药物递送到细胞或体外组织的过程，也可利用载药的生物粒子开展动物实验，探究生物粒子在动物体内将药物运载到病灶处的治疗过程和治疗效果。
此外，请参考图16，还提供另一种载药生物粒子的制备方法，包括如下步骤：
S400、将生物粒子溶液注入到上述微纳流控芯片的入口中，其中，生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡、尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30～2000纳米的脂质体中的至少一种。
S500、生物粒子溶液经入口微通道进入纳通道，纳通道深度小于等于生物粒子的直径，生物粒子的膜在纳通道的机械挤压作用下形成孔。
S600、从出口收集受挤压后的生物粒子溶液，并将药物和受挤压后的生物粒子溶液混合，药物由生物粒子外部经过孔进入生物粒子的内部，提纯后得到所述载药生物粒子。
此外，上述微纳流控芯片不仅可以应用于对生物粒子进行挤压载药，还可用于合成脂质体以及对脂质体进行挤压载药，或用于将细胞膜碎片合成为细胞膜纳米颗粒并对其进行挤压载药，或用于人为合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒的载药中的应用。
上述微纳流控芯片的结构独特，通过纳通道阵列连接微通道阵列的方式，可以实现细胞外囊泡等生物粒子载药的需求，并达到不同的实验通量。微纳流控芯片的结构具有可扩展性，微通道阵列和纳通道阵列数量、形状以及层数可以根据实验需求进行设计。微纳流控芯片制作方法简单多样，容易实现。纳通道阵列的结构参数具有高通量和设计灵活的特点，比如深度、宽度、长度、间距、数量可以根据载药通量要求、载药对象尺寸或载药效率要求进行设计或更改。细胞外囊泡等生物粒子载药对载药对象的种类和尺寸具有通用性，不同种类或尺寸的细胞外囊泡(尺寸为30～2000纳米)、具有膜结构的亚细胞结构(尺寸为30～2000纳米)、细胞膜纳米颗粒(尺寸为30～2000纳米)、人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒(尺寸为30～2000纳米)、脂质体(直径为30～2000纳米)以及细菌等其他微生物分泌的膜囊泡(尺寸为30～2000纳米)可以同时载入一种或多种药物、药物模型或生物分子。细胞外囊泡等生物粒子载药对药物、药物模型或生物分子的种类具有通用性，满足尺寸小于或等于500纳米即可。
本发明中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等，仅仅表示参考方向，并非用于限制本发明。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。对于本技术领域的普通技术人员，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种微纳流控芯片，其特征在于，包括至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层，所述纳通道阵列层和所述微通道阵列层交替层叠设置；
所述纳通道阵列层包括至少一个纳通道；
所述微通道阵列层包括入口单元和/或出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，所述入口微通道阵列包括至少一个入口微通道，所述出口微通道阵列包括至少一个出口微通道，所述入口微通道和所述出口微通道交替间隔设置，所述入口和所述入口微通道连通，所述出口和所述出口微通道连通，所述入口微通道和所述出口微通道通过所述纳通道连通；
当所述微通道阵列层为一层时，所述微通道阵列层包括所述入口单元和所述出口单元，所述纳通道连通所述入口微通道和所述出口微通道时，所述纳通道的延伸方向与所述微通道阵列层垂直设置或呈0°～90°夹角设置；
当所述微通道阵列为两层以上时，其中一个所述微通道阵列层包括所述入口单元，另一个所述微通道阵列层包括所述出口单元，所述纳通道阵列层设于相邻的两个所述微通道阵列层之间，所述纳通道连通所述入口微通道和所述出口微通道时，所述纳通道的延伸方向与微通道阵列层垂直设置或呈0°～90°夹角设置。
2.如权利要求1所述的微纳流控芯片，其特征在于，所述纳通道阵列层的材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯，所述微通道阵列层的材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、石英、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯或聚一氯对二甲苯。
3.如权利要求1所述的微纳流控芯片，其特征在于，当所述纳通道阵列包括至少两个所述纳通道时，所述纳通道阵列层的纳通道平行设置或相互之间呈0°～90°夹角设置。
4.如权利要求1所述的微纳流控芯片，其特征在于，当所述入口微通道和所述出口微通道的数量均为一个时，所述入口微通道和所述出口微通道平行设置；或
当所述入口微通道的数量为两个以上，且所述出口微通道的数量为两个以上时，所述入口微通道平行设置，所述出口微通道平行设置，所述入口微通道和所述出口微通道形成平行状的叉指结构；或
当所述入口微通道的数量为两个以上，且所述出口微通道的数量为两个以上时，所述入口微通道相互之间呈0°～90°夹角设置，所处出口微通道相互之间呈0°～90°夹角设置，所述入口微通道和所述出口微通道形成交叉状的叉指结构；或
所述入口微通道的形状为圆形，所述出口微通道的形状为环形，所述入口微通道和所述出口微通道形成圆周状叉指结构；或
所述入口微通道的形状为环形，所述出口微通道的形状为圆形，所述入口微通道和所述出口微通道形成圆周状叉指结构；或
所述入口微通道的形状为螺旋形，所述出口微通道的形状为螺旋形，所述入口微通道和所述出口微通道形成螺旋状叉指结构。
5.如权利要求1所述的微纳流控芯片，其特征在于，所述入口微通道的深度为1微米～1000微米，所述出口微通道的深度为1微米～1000微米；
当所述纳通道的几何形状为长方体时，纳通道的深度尺寸为10纳米～5000纳米，宽度尺寸为10纳米～1000微米；或
当所述纳通道的几何形状为圆柱体时，纳通道的直径为10纳米～5000纳米。
6.一种微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层；
在第二基底上形成入口单元和/或出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层，其中，所述入口微通道阵列包括至少一个入口微通道，所述出口微通道阵列包括至少一个出口微通道，所述入口微通道和所述出口微通道交替间隔设置，所述入口和所述入口微通道连通，所述出口和所述出口微通道连通；
将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合，得到所述微纳流控芯片，其中，所述入口微通道和所述出口微通道通过所述纳通道连通。
7.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在所述第一基底上形成所述多个纳通道。
8.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
在所述第一基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用纳通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有纳通道掩模的第一基底；
将所述形成有纳通道掩模的第一基底进行刻蚀，在第一基底表面刻蚀出多个纳通道，形成刻蚀后的第一基底；
将所述刻蚀后的第一基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除所述刻蚀后的第一基底表面的纳通道掩模，得到所述纳通道阵列层。
9.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，在第一基底上形成多个纳通道，得到纳通道阵列层的操作如下：
在所述第一基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用纳通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第一基底进行后烘处理，然后将后烘的第一基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有纳通道阳模的第一基底；
将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到所述形成有纳通道阳模的第一基底上，得到形成有纳通道阵列的第一基底。
10.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，采用刻蚀、纳米压印或基于聚二甲基硅氧烷翻模的软光刻的方法在所述第二基底上形成所述入口微通道阵列和/或出口微通道阵列。
11.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
在所述第二基底表面涂覆形成负性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底进行后烘处理，然后将曝光后的第二基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道阳模的第二基底；
将聚二甲基硅氧烷混合溶液浇筑到所述形成有微通道阳模的第二基底上，得到形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底；
翻模固化后，对所述形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底进行打孔，形成入口和出口，得到微通道阵列层。
12.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，在第二基底上形成入口单元和出口单元，其中，所述入口单元包括入口微通道阵列和至少一个入口，所述出口单元包括出口微通道阵列和至少一个出口，得到微通道阵列层的操作如下：
在所述第二基底表面涂覆形成正性光刻胶层，前烘干后，利用微通道掩模版进行曝光处理，接着将曝光后的第二基底浸入显影液中显影，坚膜后，得到形成有微通道掩模的第二基底；
将所述形成有微通道掩模的第二基底进行刻蚀，在第二基底表面刻蚀出多个微通道，形成刻蚀后的第二基底；
刻蚀形成微通道后，对所述形成有入口微通道阵列和/或出口微通道阵列的第二基底进行激光打孔，形成入口和出口；
将所述打孔后的第二基底浸入有机溶剂或去胶液中，去除所述刻蚀后的第二基底表面的微通道掩模，得到所述微通道阵列层。
13.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，采用氧等离子体键合、阳极键合、熔融键合或低温键合的方式将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合。
14.如权利要求6所述的微纳流控芯片的制备方法，其特征在于，将至少一层纳通道阵列层和至少一层微通道阵列层交替层叠键合的操作为，将第一基底的顶面和第二基底的底面进行氧等离子体处理后，然后将第一基底的顶面和第二基底的底面对准键合。
15.一种载药生物粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将生物粒子溶液与药物溶液的混合溶液注入到如权利要求1所述的微纳流控芯片的入口中，其中，所述生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡、尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30纳米～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30纳米～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30纳米～2000纳米的脂质体中的至少一种；
所述混合溶液经所述入口微通道进入所述纳通道，所述纳通道深度、宽度或直径小于等于所述生物粒子的直径，所述生物粒子的膜在所述纳通道的机械挤压作用下形成孔，所述药物由所述生物粒子外部经过所述孔进入所述生物粒子的内部，实现载药功能；
从所述出口收集载药后的混合溶液，提纯后得到所述载药生物粒子。
16.如权利要求15所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，当所述生物粒子为细胞外囊泡时，所述生物粒子溶液的制备包括以下步骤：
从生物样品中提取分离出细胞外囊泡；
接着将所述细胞外囊泡重悬到磷酸盐缓冲液或细胞培养基中，得到所述生物粒子溶液。
17.如权利要求16所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述从生物样品中提取分离出细胞外囊泡的步骤中，采用超速离心提取法、密度梯度离心提取法、过滤提取法、免疫捕获提取法或沉淀试剂盒的提取方法。
18.如权利要求16所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述生物样品为细胞培养上清、血浆、血清、尿液、唾液、牛奶、葡萄或西柚。
19.如权利要求15所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述药物溶液中的药物为尺寸小于等于500纳米的药物、尺寸小于等于500纳米的药物模型或者尺寸小于等于500纳米的生物分子中的至少一种。
20.如权利要求19所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述尺寸小于等于500纳米的药物为癌症药物、传染性疾病药物、心血管疾病药物或神经退行性疾病药物，所述尺寸小于等于500纳米的药物模型为蛋白类药物模型、纳米材料类药物模型或核酸类药物模型，所述尺寸小于等于500纳米的生物分子为探针类生物分子。
21.如权利要求20所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述癌症药物为阿霉素、姜黄素或紫杉醇；
所述传染性疾病药物为两性霉素B、环丙沙星、利福平或妥布霉素；
所述心血管疾病药物为胺碘酮、阿替洛尔或5-单硝酸异山梨酯；
所述神经退行性疾病药物为多巴胺、丹参酮ⅡA或左旋多巴；
所述蛋白类药物模型为免疫球蛋白、白介素、牛血清白蛋白或核酸内切酶；
所述纳米材料类药物模型为量子点、碳纳米管或纳米粒子；
所述核酸类药物模型为质粒、核糖核酸、脱氧核糖核酸或寡核苷酸；
所述生物分子为钾离子探针分子、钙离子探针分子以及肌醇三磷酸。
22.如权利要求15所述的载药生物粒子的制备方法，其特征在于，所述提纯的方法为超速离心法、密度梯度离心法、过滤法、免疫捕获法或沉淀试剂盒法。
23.一种载药生物粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将生物粒子溶液注入到如权利要求1至5任一项所述的微纳流控芯片的入口中，其中，所述生物粒子为细胞外囊泡、微生物分泌的膜囊泡或尺寸为30纳米～2000纳米并具有膜结构的亚细胞结构、尺寸为30纳米～2000纳米的细胞膜纳米颗粒、尺寸为30纳米～2000纳米的人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒和直径为30纳米～2000纳米的脂质体中的至少一种；
所述生物粒子溶液经所述入口微通道进入所述纳通道，所述纳通道深度、宽度或直径小于等于所述生物粒子的直径，所述生物粒子的膜在所述纳通道的机械挤压作用下形成孔；
从所述出口收集受挤压后的生物粒子溶液，并将药物和所述受挤压后的生物粒子溶液混合，所述药物由所述生物粒子外部经过所述孔进入所述生物粒子的内部，提纯后得到所述载药生物粒子。
24.一种如权利要求1-5任一项所述的微纳流控芯片在对生物粒子进行挤压载药，或合成脂质体以及对脂质体进行挤压载药，或用于将细胞膜碎片合成为细胞膜纳米颗粒并对其进行挤压载药，或用于人为合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒载药中的应用。
25.一种采用如权利要求6-14任一项所述的微纳流控芯片的制备方法制备得到微纳流控芯片在对生物粒子进行挤压载药，或合成脂质体以及对脂质体进行挤压载药，或用于将细胞膜碎片合成为细胞膜纳米颗粒并对其进行挤压载药，或用于人工合成的由磷酸双分子膜结构包裹的纳米颗粒载药中的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112121874A (zh) * 2020-09-27 2020-12-25 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 一种微通道结构芯片制备方法及微通道结构芯片
CN114177955A (zh) * 2020-09-14 2022-03-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种微流控芯片、模板及制备方法
WO2022104626A1 (zh) * 2020-11-19 2022-05-27 深圳先进技术研究院 基于微流控技术的多功能器官芯片、制备方法及其应用
CN117531553A (zh) * 2023-10-16 2024-02-09 北京大学 微纳流控芯片及生化标志物分子的并行富集检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008127438A2 (en) * 2006-11-27 2008-10-23 The Penn State Research Foundation Parallel flow control (pfc) approach for active control, characterization, and manipulation of nanofluidics
CN101561446A (zh) * 2009-06-04 2009-10-21 大连理工大学 一种玻璃微纳流控芯片、制作组装方法及其辅助装配装置
US20110220498A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Method for Building Massively-Parallel Preconcentration Device for Multiplexed, High-Throughput Applications
EP2236206B1 (en) * 2009-04-01 2012-05-09 Universita' Degli Studi Di Genova Device for the separation of the DNA molecules having different lengths
US20180250686A2 (en) * 2013-08-30 2018-09-06 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Apparatus and method for manipulation of discrete polarizable objects and phases
CN109590038A (zh) * 2018-12-29 2019-04-09 天津大学 一种亚微米流道微流控芯片及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008127438A2 (en) * 2006-11-27 2008-10-23 The Penn State Research Foundation Parallel flow control (pfc) approach for active control, characterization, and manipulation of nanofluidics
EP2236206B1 (en) * 2009-04-01 2012-05-09 Universita' Degli Studi Di Genova Device for the separation of the DNA molecules having different lengths
CN101561446A (zh) * 2009-06-04 2009-10-21 大连理工大学 一种玻璃微纳流控芯片、制作组装方法及其辅助装配装置
US20110220498A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Method for Building Massively-Parallel Preconcentration Device for Multiplexed, High-Throughput Applications
US20180250686A2 (en) * 2013-08-30 2018-09-06 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Apparatus and method for manipulation of discrete polarizable objects and phases
CN109590038A (zh) * 2018-12-29 2019-04-09 天津大学 一种亚微米流道微流控芯片及其制作方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114177955A (zh) * 2020-09-14 2022-03-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种微流控芯片、模板及制备方法
CN112121874A (zh) * 2020-09-27 2020-12-25 南京南智先进光电集成技术研究院有限公司 一种微通道结构芯片制备方法及微通道结构芯片
WO2022104626A1 (zh) * 2020-11-19 2022-05-27 深圳先进技术研究院 基于微流控技术的多功能器官芯片、制备方法及其应用
CN117531553A (zh) * 2023-10-16 2024-02-09 北京大学 微纳流控芯片及生化标志物分子的并行富集检测方法

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