CN113740234A - 一种微筛过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及细胞分析技术领域，具体公开了一种微筛过滤器，其中，包括：第一基板和与第一基板相对设置的第二基板，第一基板朝向第二基板的表面依次形成第一导电层和光敏层，第二基板朝向第一基板的表面形成第二导电层，光敏层与第二导电层之间形成用于捕获待分析样品中的细胞的通道，第一基板上贯穿第一导电层和光敏层形成微筛孔阵列，第一导电层和第二导电层之间在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于通道内的待分析样品中的细胞。本发明提供的微筛过滤器利用了光电镊子的原理对微粒进行捕获和运输，从而解决了现有技术中通过机械镊子等操作造成对微粒或过滤器的损伤问题。
Description
技术领域
本发明涉及细胞分析技术领域，尤其涉及一种微筛过滤器。
背景技术
微筛过滤器是通过在金属、硅、塑料等其它材料的平面基板上加工出微米量级的小孔阵列而制成，如图1所示。微筛过滤器在医疗、制药和食品等领域有着广泛的应用。过滤器主要用于将微颗粒或细胞从流体中分离出来。很多应用场合需要将留存在过滤器上的细胞等颗粒移走或运输以用于进一步的分析，当前尚无可靠的技术来实现这一目的。
虽然目前有通过机械镊子来拾取微筛过滤器表面上的细胞等微粒并将它们运输至目标位置，但这一方式通常会对微粒或过滤器造成损伤。
发明内容
本发明提供了一种微筛过滤器，解决相关技术中存在的机械镊子等对微粒或过滤器造成的损伤等问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种微筛过滤器，其中，包括：第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板，所述第一基板朝向所述第二基板的表面依次形成第一导电层和光敏层，所述第二基板朝向所述第一基板的表面形成第二导电层，所述光敏层与所述第二导电层之间形成用于捕获待分析样品中的细胞的通道，所述第一基板上贯穿所述第一导电层和光敏层形成微筛孔阵列，所述第一导电层和所述第二导电层之间在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于所述通道内的待分析样品中的细胞。
进一步地，所述第一基板背离所述第一导电层的一侧设置聚焦物镜，透过所述聚焦物镜进入所述第一基板的光能够在所述光敏层上产生光斑。
进一步地，所述第一导电层和所述第二导电层均包括氧化铟锡薄膜。
进一步地，所述光敏层包括氢化非晶硅薄膜。
进一步地，所述第一基板和所述第二基板均包括载玻片。
作为本发明的另一个方面，提供一种微筛过滤器，其中，包括：基板，所述基板上依次形成光敏层和导电层，所述基板背离所述光敏层的表面形成支撑柱，所述基板上贯穿所述导电层和光敏层形成微筛孔阵列，所述导电层在所述光敏层上呈多个折弯状结构以形成交错电极，所述交错电极的两端在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于折弯状结构中的待分析样品中的细胞。
进一步地，所述导电层的上方设置聚焦物镜，透过所述聚焦物镜进入的光能够在所述光敏层上产生光斑。
进一步地，所述基板与所述光敏层之间设置氮化硅薄膜，且所述氮化硅薄膜上打孔后形成所述微筛孔阵列。
进一步地，所述基板包括硅基板，所述基板背离所述光敏层的表面被刻蚀后形成硅支撑柱。
进一步地，所述导电层包括氧化铟锡薄膜，所述光敏层包括氢化非晶硅薄膜。
本发明提供的微筛过滤器，通过位于两个基板之间的导电层形成电场，以及通过光敏层形成光斑，能够使得在两个导电层之间施加偏置电压时，位于通道内的待分析样品中的细胞被捕获，这种微筛过滤器利用了光电镊子的原理对微粒进行捕获和运输，捕获功能还可用于拾取并运输诸如细胞和细菌等附着在过滤器表面的细微物体，从而解决了现有技术中通过机械镊子等操作造成对微粒或过滤器的损伤问题。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为现有技术中的微筛过滤器的结构示意图。
图2为本发明提供的微筛过滤器的一种实施例的剖视图。
图3为本发明提供的微筛过滤器的另一种实施例的俯视图。
图4为图3所示的微筛过滤器的主视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种微筛过滤器，图2是根据本发明实施例提供的微筛过滤器的剖视图，如图2所示，包括：第一基板10和与所述第一基板10相对设置的第二基板20，所述第一基板10朝向所述第二基板20的表面依次形成第一导电层11和光敏层12，所述第二基板20朝向所述第一基板10的表面形成第二导电层21，所述光敏层12与所述第二导电层21之间形成用于捕获待分析样品中的细胞的通道，所述第一基板10上贯穿所述第一导电层11和光敏层12形成多个微筛孔，所述第一导电层11和所述第二导电层21之间在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于所述通道内的待分析样品中的细胞。
本发明实施例提供的微筛过滤器，通过位于两个基板之间的导电层形成电场，以及通过光敏层形成光斑，能够使得在两个导电层之间施加偏置电压时，位于通道内的待分析样品中的细胞被捕获，这种微筛过滤器利用了光电镊子的原理对微粒进行捕获和运输，捕获功能还可用于拾取并运输诸如细胞和细菌等附着在过滤器表面的细微物体，从而解决了现有技术中通过机械镊子等操作造成对微粒或过滤器的损伤问题。
具体地，所述第一基板10背离所述第一导电层11的一侧设置聚焦物镜30，透过所述聚焦物镜30进入所述第一基板10的光能够在所述光敏层12上产生光斑。
优选地，所述第一导电层11和所述第二导电层21均包括氧化铟锡（ITO）薄膜。
优选地，所述光敏层12包括氢化非晶硅薄膜。
优选地，所述第一基板10和所述第二基板20均包括载玻片。
应当理解的是，本发明实施例提供的微筛过滤器，主要由第一基板和第二基板（可以理解为两层载玻片）构成，每个载玻片均镀有可导电且透光的氧化铟锡（ITO）薄膜。上载玻片的底面须再镀一层光敏的氢化无晶硅（a-Si:H）薄膜。待分析样品被夹在两层载玻片之间。垂直载玻片入射的聚焦光束在光敏层上会产生一个光斑，光斑所在位置由于无晶硅薄膜被激活而具有较高的电导率，这样当在两层载玻片之间加上偏置电压时，样品室内靠近光斑位置会形成大梯度电场分布。位于梯度电场内的微粒会因受到介电泳力的作用而被捕获。通过这一结构，利用相对较低的光强（<1W/cm2）便可产生10-100pN的捕获力，而传统的光镊需要106W/cm2的光强才能产生同样大小的捕获力。利用一台计算机控制的数据投影仪可产生许多形状和大小不同的捕获电场。此外，捕获电场还可通过将移动的动画投影在光敏层上而实现随处移动。
另外，这种基于光电镊子的微筛过滤器可用于捕获血流中的细胞，经染色步骤后，若将过滤器安装在微流控装置上还可以进行细胞诊断。通常过滤器应集成一个微流体池，该微流体池的玻璃基板上镀有与图2中相同的ITO薄膜用于给样品室施加电压。
作为本发明的另一实施例，提供一种微筛过滤器，其中，如图3和图4所示，图3为微筛过滤器的俯视图，图4为微筛过滤器的主视图，包括：基板，所述基板上依次形成光敏层3和导电层4，所述基板背离所述光敏层3的表面形成支撑柱1，所述基板上贯穿所述导电层4和光敏层3形成微筛孔阵列，所述导电层4在所述光敏层上呈多个折弯状结构以形成交错电极，所述交错电极的两端在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于折弯状结构中的待分析样品中的细胞。
需要说明的是，图3为简单示意，没有体现出微筛孔阵列，实际图4中可以看到导电层、光敏层上间断的区域即为微筛孔阵列。
另外，图3中的深颜色区域表示的是导电层，即形成的交错电极，而浅颜色区域则是将导电层区域刻蚀掉之后露出的光敏层区域。
需要说明的是，在该实施例中，是将电场横向施加在表面的导电层上，而非通过样品室，这样便不再需要额外的镀有ITO的玻璃基板，整个微筛结构仅集成在单片基板上。
本发明实施例提供的微筛过滤器，通过在单片基板上形成光敏层和导电层，且导电层形成的为折弯状结构，从而形成交错电极，在交错电极之间施加偏置电压时，位于折弯状结构内的待分析样品中的细胞可被捕获，这种这种微筛过滤器利用了光电镊子的原理对微粒进行捕获和运输，捕获功能还可用于拾取并运输诸如细胞和细菌等附着在过滤器表面的细微物体，从而解决了现有技术中通过机械镊子等操作造成对微粒或过滤器的损伤问题，另外该结构仅集成在单片基板上即可实现，具有结构简单实现方便的优势。
需要说明的是，所述支撑柱1为所述基板的背面被刻蚀掉部分之后形成的结构。
具体地，所述导电层4的上方设置聚焦物镜5，透过所述聚焦物镜5进入的光能够在所述光敏层3上产生光斑。
具体地，所述基板与所述光敏层3之间设置氮化硅薄膜2，且所述氮化硅薄膜2上打孔后形成所述微筛孔阵列。
具体地，所述基板包括硅基板，所述基板背离所述光敏层的表面被刻蚀后形成硅支撑柱。
优选地，所述导电层4包括氧化铟锡薄膜，所述光敏层3包括氢化非晶硅薄膜。
如图4所示，其中由硅支撑柱和氮化硅薄膜形成的微孔阵列组成了微筛结构，而由氢化无晶硅薄膜及沉积于其上的ITO电极构成的光电镊子的结构。微筛的制作过程如下：首先在硅基板上沉积一层氮化硅薄膜，然后在氮化硅薄膜上打孔形成微孔阵列，最后对硅基板进行背部刻蚀仅保留一些支撑柱。光电镊子则是通过在氮化硅薄膜层上依次沉积氢化无晶硅薄膜和ITO电极而形成，氢化无晶硅薄膜的功用与前文所述实施例一致，ITO电极采用图3所示的横向交错布置方式实现。
另外，横向施加电场的光电镊子如图3所示，电压加载在交错电极的两端形成梯度电场，该梯度电场的形成原理与前一实施例的垂直施加电场的光电镊子相同，当微粒（图3中的黑点所示）位于梯度电场附近时能够受到一定的介电泳力从而被捕获。
关于该实施例的具体工作原理可以参照前文所述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微筛过滤器，其特征在于，包括：第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板，所述第一基板朝向所述第二基板的表面依次形成第一导电层和光敏层，所述第二基板朝向所述第一基板的表面形成第二导电层，所述光敏层与所述第二导电层之间形成用于捕获待分析样品中的细胞的通道，所述第一基板上贯穿所述第一导电层和光敏层形成微筛孔阵列，所述第一导电层和所述第二导电层之间在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于所述通道内的待分析样品中的细胞。
2.根据权利要求1所述的微筛过滤器，其特征在于，所述第一基板背离所述第一导电层的一侧设置聚焦物镜，透过所述聚焦物镜进入所述第一基板的光能够在所述光敏层上产生光斑。
3.根据权利要求1所述的微筛过滤器，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层均包括氧化铟锡薄膜。
4.根据权利要求1所述的微筛过滤器，其特征在于，所述光敏层包括氢化非晶硅薄膜。
5.根据权利要求1所述的微筛过滤器，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均包括载玻片。
6.一种微筛过滤器，其特征在于，包括：基板，所述基板上依次形成光敏层和导电层，所述基板背离所述光敏层的表面形成支撑柱，所述基板上贯穿所述导电层和光敏层形成微筛孔阵列，所述导电层在所述光敏层上呈多个折弯状结构以形成交错电极，所述交错电极的两端在加偏置电压时能够形成电场以捕获位于折弯状结构中的待分析样品中的细胞。
7.根据权利要求6所述的微筛过滤器，其特征在于，所述导电层的上方设置聚焦物镜，透过所述聚焦物镜进入的光能够在所述光敏层上产生光斑。
8.根据权利要求6所述的微筛过滤器，其特征在于，所述基板与所述光敏层之间设置氮化硅薄膜，且所述氮化硅薄膜上打孔后形成所述微筛孔阵列。
9.根据权利要求6所述的微筛过滤器，其特征在于，所述基板包括硅基板，所述基板背离所述光敏层的表面被刻蚀后形成硅支撑柱。
10.根据权利要求6所述的微筛过滤器，其特征在于，所述导电层包括氧化铟锡薄膜，所述光敏层包括氢化非晶硅薄膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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