CN113088447A - 一种悬空阵列微流控芯片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种悬空阵列微流控芯片及其制备方法和应用,该芯片包括制备方法包括通道层、基底层和支撑层,制备时,首先分别制备得到通道层、基底层和支撑层,其中,通道层包括依次连接的进样口、进样通道、样品腔室、出样通道和出样口,制备该通道层的步骤包括:制备掩膜A、掩膜B,处理掩膜A得到阳膜A,处理阳膜A得到光刻胶基片B,将掩膜B覆盖在光刻胶基片B上,处理得到阳膜B,再以阳膜B为模板制备得到上述通道层。最后将通道层、基底层和支撑层进行装配即可得到所述悬空阵列微流控芯片。该芯片可用于研究细胞间通讯,能够满足单细胞水平TNTs细胞间通讯的研究。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,具体是涉及一种悬空阵列微流控芯片及其制备方法和应用。
背景技术
芯片实验室(Lab on a chip)已发展成为当今世界上最前沿的科技领域之一(Sens.Actutors,B,1990,1,244-248.),其以微流控芯片为核心技术,在化学、生物学、医学等领域都具有十分诱人的发展前景。微流控芯片是利用微机电技术将微管道、微反应器等功能单元加工于玻璃、高分子聚合物等基质材料上,实现将生物与化学等领域所涉及的前处理、加样、反应、分离、分析、细胞培养等基本操作单元集成或基本集成到方寸大小的芯片之上,以取代常规化学或生物实验室各种功能的一种技术平台。
微流控芯片具有比表面积大,传质传热速率快,试剂消耗小,环境友好,易规模化集成与高通量反应等特点,使其在诸如水环境污染、蛋白质分析、基因分析、仿生研究以及细胞生物学等领域的应用中都彰显出明显的优越性。其中,在细胞生物学领域,微流控芯片有作为研究细胞间通讯的优良工具。细胞间通讯作为多细胞生物体的细胞间的相互作用之一,在生命有机体生长、发育及维持过程中发挥至关重要的作用。其中,隧道纳米管(tunneling nanotubes,TNTs)这一类特殊的胞间连丝结构,是存在于哺乳动物细胞间的一种可用于通讯的连接结构。不同于仅传递分子信息的间隙连接、化学突触等连接方式,TNTs还能远距离输送囊泡、细胞器及病毒蛋白等,推动细胞间深层次交流甚至参与干细胞治疗,其异常可导致诸如肿瘤、神经退行性疾病的发生,因此在临床诊疗研究中具有广阔应用潜能。但现有的微流控芯片,仍无法有效实现在单细胞水平上探索TNTs动态连接、细胞组分传递及细胞药物应激等研究。
发明内容
本发明针对现有微流控芯片在解决背景技术中提及的技术问题方面表现的不足之处,设计了一种具有悬空阵列通道的微流控芯片,并提供了一种该悬空阵列微流控芯片的制备方法和应用领域,可以满足单细胞水平TNTs细胞通讯的研究需求。
本发明采用的技术方案为:
一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,包括以下步骤:
分别制备得到通道层、基底层和支撑层;
再将所述通道层、所述基底层和所述支撑层进行装配得到所述悬空阵列微流控芯片;
其中,所述通道层的制备方法为:
S1.1:分别制备掩膜A和掩膜B;
S1.2:将所述掩膜A覆盖在光刻胶基片A上,经过曝光处理、显影反应、热烘处理后得到阳膜A;
S1.3:将光刻胶涂覆在所述阳膜A上,经过热烘得到光刻胶基片B;
S1.4:将所述掩膜B覆盖在所述光刻胶基片B上,经过位置校准、曝光处理、显影反应、热烘处理后得到阳膜B;
S1.5:将第一高分子材料涂覆在所述阳膜B上,以该阳膜B为模具制备得到所述通道层。
进一步的优化,所述通道层包括依次连接的进样口、进样通道、样品腔室、出样通道和出样口,所述样品腔室包括至少两个主通道以及与所述主通道相连通的若干个捕获槽,任意相邻的两个所述主通道之间设置有若干个连接通道,每个所述连接通道的两端分别对应一个所述捕获槽;
在所述S1.1步骤中,使用激光光绘法在所述掩膜A上绘制具有所述连接通道的图形,在所述掩膜B上绘制具有所述主通道、捕获槽、进样口、进样通道、出样口和出样通道的图形。
进一步的优化,在所述S1.2步骤中,所述光刻胶基片A上的光刻胶厚度不大于10微米。
进一步的优化,在所述S1.3步骤中,所述光刻胶基片B上的光刻胶厚度为30~60微米。
进一步的优化,在所述S1.5步骤中,制备所述通道层的操作具体为:
对所述阳膜B进行蒸汽预处理,随后在所述阳膜B上涂覆所述第一高分子材料的预聚体,热处理1~2小时后,将凝固后的高分子薄膜与所述阳膜B分离,得到厚度为50-200微米的所述通道层。
进一步的优化,所述出样通道包括至少一个S形弯道。
进一步的优化,所述捕获槽在所述基底层上的投影形状为半圆形,且所述半圆形的半径为10~20微米。
进一步的优化,相邻的两个所述连接通道的中心线之间的距离不小于所述捕获槽半径的2倍。
进一步的优化,所述支撑层的制备方法包括:
S2.1:在硅片表面浇筑第二高分子材料预聚体,热处理1~2小时后,将凝固后的高分子薄膜与所述硅片分离,得到预制支撑薄膜;
S2.2:切割所述预制支撑薄膜,并在与所述通道层的进样口、出样口对应的地方钻孔,得到厚度为200~1000微米的所述支撑层,所述支撑层在所述基底层上的投影面积不小于所述通道层在所述基底层上的投影面积。
进一步的优化,所述通道层、所述基底层和所述支撑层的装配方法为:
S3.1:分别使用真空氧等离子处理所述通道层具有通道的一面与所述支撑层,随后将所述通道层具有通道的一面所述支撑层对准、贴合,经热键合处理后得到具有封闭通道的复合芯片;
S3.2:真空氧等离子处理所述复合芯片与所述基底层,随后将所述复合芯片与所述基底层对准、贴合,经热键合处理后得到所述悬空阵列微流控芯片;
其中,所述通道层位于所述支撑层与所述基底层之间。
进一步的优化,所述通道层与所述支撑层的材质为PDMS、PMMA或乙烯基聚合物中的任一种。
本发明还提供了一种悬空阵列微流控芯片,所述悬空阵列微流控芯片根据上述任一种方法制备得到。
本发明还提供了一种悬空阵列微流控芯片的应用,所述悬空阵列微流控芯片用于研究细胞间通讯;其中,所述悬空阵列微流控芯片根据上述任一种方法制备得到。
本发明的有益效果是:
本发明的悬空阵列微流控芯片的制备方法简单易行,便于工业化推广应用。
采用本发明设计的悬空阵列微流控芯片在垂直于基底层的方向上,具有不同高度的通道,其中连接通道位于样品腔室的上部,且连接通道之间呈阵列排布,同时连通各个独立的样品流通通道(即主通道和捕获槽),形成标志性的悬空阵列结构。其中,样品腔室中设计的捕获槽结构,与出样通道的S形弯道结构相配合,可以有效促进细胞优先进入用于捕获的捕获槽内,可提高细胞的捕获效率,且上述悬空阵列结构可与TNTs的自由悬浮状态相适应,同时该连接通道的尺寸小于胞体,可有效保证连接通道各侧细胞类型的选择性。
将本发明设计的悬空阵列微流控芯片用于研究细胞间通讯时,可更好地模拟体内细胞的真实状态,尤其适合研究TNTs的动态连接情况,最终满足单细胞水平TNTs细胞间通讯的研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的部分实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中所述悬空阵列微流控芯片的组装示意图;
图2为实施例1中所述通道层的平面结构示意图;
图3为附图2所示样品腔室的局部结构放大示意图,放大的局部结构具体为A处矩形虚线框内的结构;
图4为实施例1中所述通道层的制备工艺流程示意图;
图5为实施例1中所述样品腔室中悬空阵列的连接通道立体示意图;
图6为实施例1中所述样品腔室中悬空阵列的连接通道剖面示意图;
图7为常规荧光显微成像展示微流控芯片内的单个细胞捕获,其中芯片结构为明场成像,细胞荧光则由暗场荧光模式获取;
图8为荧光共聚焦显微成像展示悬空阵列通道内的细胞间TNT结构以及TNT内的物质运输;
图9为共聚焦3D成像显示悬空阵列微流控芯片内部的悬臂通道示意图1;
图10为共聚焦3D成像显示悬空阵列微流控芯片内部的悬臂通道示意图2;
图11为实施例2中所述通道层的平面结构示意图;
图12为附图11所示样品腔室的局部结构放大示意图,放大的局部结构具体为B处矩形虚线框内的结构;
图13为实施例3中所述通道层的平面结构示意图;
图14为附图13所示样品腔室的局部结构放大示意图,放大的局部结构具体为C处矩形虚线框内的结构;
图15为存储附图5~6彩色原图的二维码地址。
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的一部分实施例,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。
需要说明的是,在本发明的描述中,除非另有明确的限定,“曝光”、“显影反应”、“热烘”、“涂覆”、“浇筑”、“热处理”等操作,均应作广义理解,能够实现本发明目的的操作均在本发明的保护范围之内。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定状态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“连通”等均应做广义理解。
实施例1:
一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,包括以下步骤:
首先如附图1所示,分别制备得到通道层10、基底层20和支撑层30;再将该通道层10、基底层20和支撑层30进行装配得到所述悬空阵列微流控芯片,其中,该通道层10位于该基底层20与该支撑层30之间。进一步的,如附图2所示,通道层10包括依次连接的进样口11、进样通道12、样品腔室13、出样通道14和出样口15;具体的,上述进样口11、进样通道12、出样通道14和出样口15的个数可以为多个,如附图2所示,本实施例的通道层10共包含两个进样口11、两个进样通道12、两个出样通道14和两个出样口15。
将附图2中A处矩形虚线框内的结构放大,得到本实施例中样品腔室13的具体结构,如附图3所示:该样品腔室13包括至少两个主通道131以及与该主通道131相连通的若干个捕获槽132,该主通道131与该若干个捕获槽132相连通,并形成一个壳体结构,需要明确说明的是,此处的壳体结构仅仅是一个载体,具有上述主通道131和若干捕获槽132结构的载体都属于这里描述的壳体结构。每个主通道131的两端分别与进样通道12、出样通道14相连通;任意相邻的两个壳体之间设置有若干个连接通道133,每个连接通道133的两端分别对应一个捕获槽132并与该捕获槽132的上部相连通。
进一步的,如附图4所示,本实施例中该通道层10的制备工艺流程包括以下五步:
S1.1:分别制备具有通道层10相应图形的掩膜A和掩膜B;具体的,通过激光光绘法制备具有上述连接通道133图形的掩膜A和具有上述主通道131、捕获槽132、进样口11、进样通道12、出样口15和出样通道14的掩膜B;其中,掩膜A与掩膜B为铬板或菲林掩膜中的任一种;
S1.2:将掩膜A覆盖在光刻胶基片A上,经处理得到阳膜A;具体的,将上述掩膜A覆盖在光刻胶基片A上,经过曝光处理、显影反应、热烘处理后得到具有上述连接通道133图形的阳膜A。
其中,该光刻胶基片A是通过在洁净硅片上预涂覆一定厚度的光刻胶,再在65℃环境下热烘5分钟后获得的。根据使用的光刻胶种类的不同,该热烘温度可在65℃~95℃的范围内调整,相应的,热烘时间也可在3~5分钟内选择,本实施例随后涉及的关于曝光、热烘工艺参数的描述,均可以根据具体的实施条件调整,不用于限制本发明的保护范围,凡是能够实现本发明目的、且不需要本领域技术人员付出创造性劳动的等通变形,均属于本发明保护的技术方案。
在本实施例中,光刻胶基片A上涂覆的光刻胶厚度为10微米。在其他实施例中,光刻胶基片A上涂覆的光刻胶厚度也可以小于10微米,尺寸最小可设计低至几百纳米,以能够满足TNTs的通过、实现细胞间通讯为准,优选的厚度为5~10微米,在该优选的厚度范围内,不仅可以制备得到能够实现本发明技术目的的产品,还能够显著降低加工难度,有利于节约加工成本。
进一步的,在本实施例中,将掩膜A覆盖于光刻胶基片A上方之后,使用紫外灯照射处理60秒,随后依次在65℃下热烘1分钟、95℃下热烘2分钟后获得了曝光后的光刻胶基片A,再将曝光后的光刻胶基片A置于显影剂中溶解光刻胶,所述显影剂为PGMEA和二丙酮醇的混合物,两者的体积比为PGMEA:二丙酮醇=1:1,在其他优选的实施例中,也可以单独使用PGMEA和二丙酮醇作为显影剂,也可以选择依次使用,具体溶解参数的设定以能够实现本发明目的为准。溶解过后使用异丙醇终止显影反应,最后将产品在150℃~200℃环境中热烘1~2小时,即可获得显影后具有上述阵列通道图形的阳膜A。
S1.3:将将光刻胶涂覆在阳膜A上,经处理得到光刻胶基片B;具体的,在该阳膜A上预涂覆50微米厚度光刻胶,并在65℃-95℃环境下热烘10-30分钟后即可获得光刻胶基片B;其中,光刻胶基片B上的光刻胶厚度可在30~60微米的范围内调整,具体的数值按照实际应用场景中,细胞的尺寸来做适应性的设计。
S1.4:将掩膜B覆盖在光刻胶基片B上,经处理得到阳膜B;具体的,将该掩膜B覆盖在该光刻胶基片B上之后,再经过位置校准、曝光处理、显影反应、热烘处理后得到具有所述通道层完整图形的阳膜B。
其中,位置校准是指在显微镜下进行掩膜B上的图形与光刻胶基片B上的连接通道133图形的位置校准,这一操作可以将各自分设于掩膜A和掩膜B上的图形合并起来,得到本发明所要保护的通道层10的完整结构,随后将校准后的光刻胶基片B在紫外灯照射处理90~120秒,65℃~95℃环境下热烘4-6分钟后获得曝光后的光刻胶基片B,最后将曝光后的光刻胶基片B置于显影剂(PGMEA:二丙酮醇=1:1)中溶解光刻胶,异丙醇终止显影反应后在150℃~200℃环境中热烘1~2小时,获得显影后具有完整图形的阳膜B,该图形具体可继续参见附图2与附图3。
进一步的,上述制备方法的S1.2和S1.3步骤分别明确了光刻胶基片A和光刻胶基片B上的光刻胶厚度,分别为10微米和50微米,该设计使得校准拼接后的完整通道层具有了悬空结构,具体参加附图5,该连接通道133的高度小于所述主通道131的高度,且该连接通道133位于样品腔室13的上部,具体与内置于样品腔室13内的捕获槽132的上部相连通,形成了本发明的创新结构:悬空阵列通道,附图6中样品腔室13的剖面图更直观地展示了这一技术特征。与贴壁细胞结构不同的是,TNTs通常呈自由悬浮状态,且处于形成、维持和消退的动态平衡中,现有的微流控芯片无法适应TNTs的这种特点,难以实现有效的研究。而本发明的这种悬空通道结构则在单细胞水平上进行细胞间通讯的研究中十分有利,尤其有利于作为探索TNTs动态连接的芯片载体。
S1.5:以阳膜B为模具制备得到通道层10;具体的,首先使用三甲基氯硅烷蒸汽预处理阳膜B,而后在阳膜B上均匀涂覆PDMS预聚体(PDMS单体和固化剂以一定比例(10:1-20:1)混合),65℃热处理1-2小时,将凝固后的PDMS薄膜从阳膜B上揭下后,获得一定厚度的通道层10,该通道层10的膜厚主要与油镜的工作距离有关,太厚则高倍镜无法聚焦到细胞平面,考虑到高倍油镜工作距离为200微米,则该通道层10的膜厚需要控制在200以内,下限取决于制备的主通道131的高度,在本实施例中,主通道131的高度由光刻胶基片B上的光刻胶厚度决定,理论上,该通道层10的膜厚下限即为主通道131的高度,但考虑到实际的加工过程、加工中的误差以及通道层10结构的稳固性,该厚度下限应该厚于主通道131的高度,因此,当光刻胶基片B上的光刻胶厚度优选为30~60微米时,该通道层10的膜厚优选为50~200微米,在本实施例中,该通道层10的膜厚为70微米。
更具体的,本实施例制备得到的通道层10的样品腔室13的细化结构为:样品腔室13共包括两个相互独立的壳体,每个壳体均内置主通道131,该主通道131的宽度可在50~300微米之间进行调节,大于样品尺寸即可。该样品的尺寸在微米级别,如细胞生物学领域的细胞,具体的,该芯片可以用以研究哺乳动物细胞间的通讯,但并不排除也可以用于其他领域做诸如蛋白质分析、遗传片段分析等的载体芯片。
在本实施例中,每个主通道131的侧面各设置了50个相连通的捕获槽132,两个壳体之间设置了50个阵列排列的连接通道133。所有捕获槽132均设置于同一侧,具体设置在相应的主通道131面向另一主通道的一侧,继续参见附图3,在本实施例中,所述捕获槽132在所述基底层20上的投影形状为半圆形(圆心为O,半径为R),该半圆形捕获槽132的半径R的取值为10~20微米,具体的设计数值则可以根据不同样品的尺寸设计不同大小的捕获槽,在用以研究细胞间通讯时,数值的设计则根据不同细胞的尺寸设计不同大小的捕获槽,用以满足单个细胞的捕获需求。该主通道131与该捕获槽132的高度则可在30~60微米之间调节,具体的数值按照实际应用场景中,细胞的尺寸来做适应性的设计。
继续参照附图3,相邻的两个连接通道133的中心线之间的距离d大于该捕获槽132的直径,即该距离d>2R,如此,可以保证良好的细胞捕获效率。在其他优选的实施例中,该距离d还可以设计为上述捕获槽132直径的1.5倍,即该距离d=1.5*2R,该距离d的数值也可以设计为大于1.5*2R,这也属于本发明的保护范围,其目的是为了避免连接通道133之间的间隔过窄,影响捕获槽132捕获细胞的效率。
上一段中,“该主通道131与该捕获槽132的高度”中的“高度”均指通道高度。具体请参照附图5:本实施例中涉及的主通道131、捕获槽132以及连接通道133均呈扁平状,其中主通道131与连接通道133的通道形状为矩形通道,其中,与样品流动的方向平行的边为通道的长L,与基底层20所在的平面垂直的边为通道的高H,另一条边为通道的宽W。需要特别说明的是,本发明的申请文本中涉及到的对各个通道的长度、高度、宽度的描述,其含义均按照附图5中标示的通道长度、通道高度及通道宽度来进行解释。
具体到本实施例,上述连接通道133的高度尺寸为10微米,宽度尺寸为10微米,长度尺寸为100微米。在其他实施例中,该连接通道133的高度与宽度尺度只要不大于10微米,也可以制备得到能够实现本发明技术目的的产品。其中,该连接通道133的长度尺寸也可以在5~200微米的长度范围内调整,这主要是基于TNTs的结构特点所做的仿生设计,在本发明限定的5~200微米的长度范围内,均能够满足细胞间通讯的需求。
具体的,在本实施例中,每个出样通道14还包括至少一个S形弯道(S形弯道并未在附图2中直接标示),继续参见附图5、附图6,当细胞悬液从进样口11加入后,由于出样通道14的S形弯道设计,使得出口端具有较高的流体阻抗,因此,细胞会优先进入捕获槽132中并占据槽内空间;同时,连接通道133位于样品腔室13的上部且尺寸小于胞体,因此可有效保证细胞不进入对侧,满足两侧细胞类型的可选择性,可以观察到,此时两侧的细胞间已可以观察到TNTs的形成。
在另一实施例中,设计相邻的两个连接通道133的中心线之间的距离d等于所述捕获槽132的直径,即d=2R,出样通道14与连接通道133的设计同上。
本实施例还公开了一种悬空阵列微流控芯片的应用,具体的,使用该实施例设计所得的悬空阵列微流控芯片来研究细胞间通讯:首先通过微注射泵或真空泵进行正向或负向进样,将细胞悬液从一侧进样口11加入,如附图7所示,细胞优先进入了捕获槽132中,且并未进入对侧,最终获得了80%以上的单细胞捕获效率;待该进样侧的细胞贴壁生长好之后,用相同方法在对侧种入细胞,2-3天之后,两侧细胞间可观察到TNTs的形成,具体如附图8所示,在其中一侧细胞中特异标记线粒体(GFP,绿色荧光蛋白),借助共聚焦显微镜观测到供体细胞通过TNTs向受体细胞输送线粒体的过程,从而满足了单细胞水平TNTs细胞通讯的研究需求。
也可以使用共聚焦3D成像显示技术观察本发明保护的悬空阵列微流控芯片内部的连接通道133,该连接通道133呈悬臂设置于主通道131之间,具体如附图9所示。
在另一实施例中,连接通道133与主通道131之间的位置设置关系变换为:所述连接通道133与所述主通道131长度方向的夹角为45°,其共聚焦3D成像显示结果如附图10所示,此时,也可以实现80%以上的细胞捕获效率。在其他实施例中,连接通道133与主通道131长度方向的夹角可以在45°~135°之间调整,均在本发明的保护范围之内。
本实施例也公开了上述支撑层的制备方法,包括以下步骤:
S2.1:在硅片表面浇筑一定体积PDMS预聚体,热处理1~2小时后,将凝固后的PDMS薄膜从硅片表面剥离,得到预制支撑薄膜;
S2.2:切割所述预制支撑薄膜,并在与所述通道层的进样口、出样口对应的地方钻孔,得到厚度为500微米的支撑层,并且该支撑层在基底层上的投影面积不小于上述通道层在基底层上的投影面积。在其他实施例中,该支撑层的厚度也可以根据应用场景的需求在200~1000微米的范围内调整。
本实施例也公开了上述通道层、基底层和支撑层的具体装配过程,包括以下步骤:
S3.1:分别使用真空氧等离子处理最终制备得到的通道层具有通道的一面与支撑层60~120秒,随后将表面处理后的通道层具有通道的一面与支撑层对准、贴合,随后在干燥箱中进行热键合,120℃~150℃处理1~2小时,制备具有封闭通道的复合芯片;
S3.2:真空氧等离子处理上述复合芯片与基底层60~120秒,随后将该经表面处理后的复合芯片与基底层对准、贴合,随后在干燥箱中进行热键合,120℃~150℃处理1~2小时,制备得到所述悬空阵列微流控芯片。
其中,所述通道层位于所述支撑层与所述基底层之间。
通道层与支撑层的材质除了本实施例公开的PDMS之外,也可以使用PMMA或乙烯基聚合物等来代替,基底层可以选用玻璃片或者聚乙烯平皿等。
实施例2:
本实施例制备得到的悬空阵列微流控芯片,其通道层10的结构与实施例1略有区别,但均属于本发明的保护范围,均可以获得80%以上的细胞捕获效率,满足单细胞水平TNTs细胞通讯的研究需求。
如附图11所示,通道层10包括依次连接的进样口11、进样通道12、样品腔室13、出样通道14和出样口15;具体的,上述进样口11、进样通道12、出样通道14和出样口15的个数可以为多个。具体地,本实施例的通道层10共包含两个进样口11、两个进样通道12、两个出样通道14和两个出样口15。其中,两个进样口11、进样通道12分设于样品腔室13的两侧,且两组样品的进样方向相反,相应的,两个出样通道14也分设于样品腔室13的两侧,样品的出样方向也相反。
将附图11中B处矩形虚线框内的结构放大,得到本实施例中样品腔室13的具体结构,如附图12所示:该样品腔室13包括至少两个相互独立的壳体,每个壳体均内置有主通道131以及与该主通道131相连通的若干个捕获槽132,每个主通道131的两端分别与进样通道12、出样通道14相连通;任意相邻的两个壳体之间设置有若干个连接通道133,每个连接通道133的两端分别对应一个捕获槽132并与该捕获槽132的上部相连通。
在本实施例中,上述连接通道133与上述主通道131长度方向的夹角为45°,其他结构特征均以及制备方法均与实施例1相同。
实施例3:
本实施例制备得到的悬空阵列微流控芯片,其通道层10的结构与实施例1略有区别,但均属于本发明的保护范围,均可以获得80%以上的细胞捕获效率,满足单细胞水平TNTs细胞通讯的研究需求。
如附图13所示,通道层10包括依次连接的进样口11、进样通道12、样品腔室13、出样通道14和出样口15;具体的,上述进样口11、进样通道12、出样通道14和出样口15的个数可以为多个。具体地,本实施例的通道层10共包含三个进样口11、三个进样通道12、三个出样通道14和三个出样口15。
将附图13中C处矩形虚线框内的结构放大,得到本实施例中样品腔室13的具体结构,如附图14所示:该样品腔室13包括至少三个相互独立的壳体,每个壳体均内置有主通道131以及与该主通道131相连通的若干个捕获槽132,每个主通道131的两端分别与进样通道12、出样通道14相连通;任意相邻的两个壳体之间设置有若干个阵列排列的连接通道133,每个连接通道133的两端分别对应一个捕获槽132并与该捕获槽132的上部相连通。
在其他实施例中,根据实际的需求,如在研究细胞间通讯时,涉及到的细胞种类有四种、五种甚至更多,则进样口11、进样通道12、样品腔室13中的主通道131、出样通道14和出样口15的个数也可以各设置为四个、五个甚至更多,这些设计方案均处于本发明的保护范围之内。
为了更清楚的说明本发明实施例所展示的技术方案及实现的技术效果,附上附图5~6的彩色原图的二维码查看地址,如附图15所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的技术构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。
Claims (10)
1.一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
分别制备得到通道层、基底层和支撑层;
再将所述通道层、所述基底层和所述支撑层进行装配得到所述悬空阵列微流控芯片;
其中,所述通道层的制备方法为:
S1.1:分别制备掩膜A和掩膜B;
S1.2:将所述掩膜A覆盖在光刻胶基片A上,经过曝光处理、显影反应、热烘处理后得到阳膜A;
S1.3:将光刻胶涂覆在所述阳膜A上,经过热烘得到光刻胶基片B;
S1.4:将所述掩膜B覆盖在所述光刻胶基片B上,经过位置校准、曝光处理、显影反应、热烘处理后得到阳膜B;
S1.5:将第一高分子材料涂覆在所述阳膜B上,以该阳膜B为模具制备得到所述通道层。
2.如权利要求1所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
所述通道层包括依次连接的进样口、进样通道、样品腔室、出样通道和出样口,所述样品腔室包括至少两个主通道以及与所述主通道相连通的若干个捕获槽,任意相邻的两个所述主通道之间设置有若干个连接通道,每个所述连接通道的两端分别对应一个所述捕获槽;
在所述S1.1步骤中,使用激光光绘法在所述掩膜A上绘制具有所述连接通道的图形,在所述掩膜B上绘制具有所述主通道、捕获槽、进样口、进样通道、出样口和出样通道的图形。
3.如权利要求2所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
在所述S1.2步骤中,所述光刻胶基片A上的光刻胶厚度不大于10微米;
在所述S1.3步骤中,所述光刻胶基片B上的光刻胶厚度为30~60微米。
4.如权利要求3所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
在所述S1.5步骤中,制备所述通道层的操作具体为:
对所述阳膜B进行蒸汽预处理,随后在所述阳膜B上涂覆所述第一高分子材料的预聚体,热处理1~2小时后,将凝固后的高分子薄膜与所述阳膜B分离,得到厚度为50-200微米的所述通道层。
5.如权利要求3所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
所述出样通道包括至少一个S形弯道;所述捕获槽在所述基底层上的投影形状为半圆形,且所述半圆形的半径为10~20微米。
6.如权利要求5所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
相邻的两个所述连接通道的中心线之间的距离不小于所述捕获槽半径的2倍。
7.如权利要求1至6任一项所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
所述支撑层的制备方法包括:
S2.1:在硅片表面浇筑第二高分子材料预聚体,热处理1~2小时后,将凝固后的高分子薄膜与所述硅片分离,得到预制支撑薄膜;
S2.2:切割所述预制支撑薄膜,并在与所述通道层的进样口、出样口对应的地方钻孔,得到厚度为200~1000微米的所述支撑层,所述支撑层在所述基底层上的投影面积不小于所述通道层在所述基底层上的投影面积。
8.如权利要求1至6任一项所述的一种悬空阵列微流控芯片的制备方法,其特征在于:
所述通道层、所述基底层和所述支撑层的装配方法为:
S3.1:分别使用真空氧等离子处理所述通道层具有通道的一面与所述支撑层,随后将所述通道层具有通道的一面与所述支撑层对准、贴合,经热键合处理后得到具有封闭通道的复合芯片;
S3.2:真空氧等离子处理所述复合芯片与所述基底层,随后将所述复合芯片与所述基底层对准、贴合,经热键合处理后得到所述悬空阵列微流控芯片;
其中,所述通道层位于所述支撑层与所述基底层之间。
9.一种悬空阵列微流控芯片,其特征在于:
所述悬空阵列微流控芯片通过权利要求1至6中任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种悬空阵列微流控芯片的应用,其特征在于:
所述悬空阵列微流控芯片用于研究细胞间通讯;其中,所述悬空阵列微流控芯片通过权利要求1至6中任一项所述的制备方法制备得到。
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