CN113791020A - 可用于细胞计数的数字微流控芯片及其排线方法 - Google Patents

可用于细胞计数的数字微流控芯片及其排线方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字微流控芯片排线方法，步骤包括：在数字微流控芯片中的每个像素电极所在位置划设正方形区域作为芯片计数区的一计数单元；以像素电极的栅极金属线和漏极金属线分别为垂直划分线和水平划分线，将像素电极对应的计数单元划分为n1×n1个长宽均相同的大方格；以具有相同线间距的若干条垂直划分线和若干条水平划分线，将同个计数单元中的至少一个大方格划分为n2×n2个长宽均相同的中方格；以具有相同线间距的若干条垂直划分线和若干条水平划分线，将至少一个中方格划分为m×n个的小方格。本发明通过合理的排线方式在数字微流控芯片上集成了细胞计数功能，破解了目前难以在数字微流控芯片上集成细胞计数功能的难题。

Description

可用于细胞计数的数字微流控芯片及其排线方法
技术领域
本发明涉及细胞计数技术领域，具体涉及一种可用于细胞技术的数字微流控芯片及其排线方法。
背景技术
电润湿，是指通过在上下基板之间施加电压，来改变液滴在其下层固体结构(一般为强疏水材料)上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。所谓润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。
微流控指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为数字微流控芯片，也被称为芯片实验室或微全分析系统。
数字微流控芯片基于电润湿原理，可以实现对液滴(细胞)的移动和筛选等操作。但目前数字微流控芯片没有细胞计数功能，需要对片上细胞进行计数时，要将样品转移到血球计数板上来计数，这不但降低了细胞实验效率，也会影响细胞活性，造成细胞损失，而且转移操作也非常麻烦。而血球计数板又只有细胞计数功能，而无法对细胞的移动进行操控，所以如何在面积有限的数字微流控芯片上集成细胞计数功能成为目前微流控技术领域迫切希望解决的一个难题。
发明内容
本发明以在面积有限的数字微流控芯片上通过合理的排线方式集成细胞计数功能为目的，提供了一种可用于细胞计数的数字微流控芯片及其排线方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种数字微流控芯片排线方法，步骤包括：
1)在数字微流控芯片中的每个像素电极所在位置划设长宽相同的正方形区域作为芯片计数区的一计数单元；
2)以所述像素电极的栅极金属线和漏极金属线分别为垂直划分线和水平划分线，将所述像素电极对应的所述计数单元划分为n1×n1个长宽均相同的大方格；
3)以具有相同线间距的若干条所述垂直划分线和若干条所述水平划分线，将同个所述计数单元中的至少一个所述大方格划分为n2×n2个长宽均相同的中方格；
4)以具有相同线间距的若干条所述垂直划分线和若干条所述水平划分线，将至少一个所述中方格划分为m×n个的小方格。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中，n1＝3。
作为本发明的一种优选方案，每个所述大方格的长或宽为4mm。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤3)中的所述线间距为1mm或0.8mm。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤3)中，n2＝4或5。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤4)中的所述线间距为0.2mm。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤4)中，m＝n＝5或者m＝n＝4。
本发明还提供了一种可用于细胞计数的数字微流控芯片，所述数字微流控芯片中以所述的排线方法排线，形成芯片计数区。
本发明通过合理的排线方式在面积有限的数字微流控芯片上集成了细胞计数功能，破解了目前难以在数字微流控芯片上集成细胞计数功能的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是本发明一实施例提供的数字微流控芯片排线方法的实现步骤图；
图2是数字微流控芯片的结构示意图；
图3是数字微流控芯片的截面图；
图4是本发明一实施例采用的16×25型排线结果图；
图5是本发明另一实施例采用的25×16排线结果图；
图6是图5中所标记的30区域实际应用的像素电路版图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在阐述本发明实施例提供的数字微流控芯片排线方法之前，首先对数字微流控芯片的结构进行简要阐述，如图2和图3所示，数字微流控芯片包括上盖1、电极层2、疏水层3、阵列电极层4、衬底5。从图3提供的截面图可以看到，阵列电极层4中有多层金属走线，包括栅极41、源/漏极42、像素电极43、半导体层44、钝化层45、平坦化层46。在数字微流控芯片上对含有细胞的液滴进行操控使其移动时，可以同时观察到液滴运动和阵列电极层4中的这些金属走线，所以如果这些金属走线的排列方式得当，使走线排列方式符合细胞计数要求，则可以在数字微流控芯片上实现对细胞的计数。
本发明提供2个实施例，实施例一的排线目标是在计数单元的大方格(图5中的附图标记“10”所标记的区域即为大方格)中划设出16个中方格(图5中的附图标记“20”所标记的区域即为中方格)，然后在每个中方格中划设出25个小方格(图5中的附图标记“30”所标记的区域即为小方格)，共400个小方格，即16×25型排线方式；实施例二的排线目标时在计数单元的大方格中划设出25个中方格，然后在每个中方格中划设出16个小方格，同样共400个小方格，即25×16型排线方式。
以下对本发明实施例提供的数字微流控芯片排线方法进行具体阐述：
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供的数字微流控芯片排线方法，包括：
步骤1)在数字微流控芯片中的每个像素电极43的所在位置划设长宽相同的正方形区域作为芯片计数区的一个计数单元(图4和图5所示的排线结果图整体即为一个计数单元)；
步骤2)以像素电极43的栅极金属线为垂直划分线，以像素电极43的漏极金属线为水平划分线，将该像素电极43对应的计数单元划分为n1×n1个长宽均相同的大方格；本实施例一中，n1＝3，即一个计数单元中容纳有9个长宽均相同的大方格。每个大方格的长或宽优选为4mm；
步骤3)以具有相同线间距的若干条垂直划分线和若干条水平划分线(每条垂直划分线间的线间距相同，且每条水平划分线间的线间距相同)，将同个计数单元中的每个大方格划分为n2×n2个长宽均相同的中方格；本实施例一中，n2＝4，即每个大方格中容纳有16个长宽均相同的中方格。每个中方格的长和宽优选为1mm，也就是划分大方格的每条垂直划分线之间的线间距以及每条水平划分线间的线间距优选为1mm；
步骤4)以具有相同线间距的若干条垂直划分线和若干条水平划分线，将至少一个中方格划分为m×n个的小方格；为便于细胞计数，优选地，将大方格中的每个中方格划分为m×n个长宽相同的小方格；本实施例一中，m＝n＝5，即每个中方格中容纳有25个小方格；当中方格的长和宽为1mm时，每个小方格的长和宽被确定为0.2mm。
通过本实施例一提供的排线方法，计数单元中的一个大方格被划分为16个中方格，一个中方格被划分为25个小方格，即实现了对计数单元的16×25型排线(排线结果请参照图4)。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于，实施例二采用的是25×16型排线方式，即计数单元中的一个大方格被划分为25个中方格，一个中方格被划分为16个小方格。
本实施例二中，上述的n1同样优选为3，即一个计数单元被划分为长宽均相同的9个大方格；每个大方格的长和宽则同样优选为4mm。
为在大方格中划分出25个长宽均相同的中方格，本实施例二中，上述的n2＝5，用于划设大方格的每条垂直划分线间的线间距以及每条水平划分线的线间距均为0.8mm，即中方格的长和宽均为0.8mm(当大方格的长宽被确定为4mm时)。
为了在中方格中划分出16个长宽均相同的小方格，上述的m＝n＝4；当每个中方格的长和宽被确定为0.8mm时，中方格中的16个长宽均相同的小方格的长和宽均为0.2mm。
通过本实施例二提供的排线方法，计数单元中的一个大方格被划分为25个中方格，一个中方格被划分为16个小方格，即实现了对计数单元的25×16型排线(排线结果请参照图5，实际应用请参照图6)。
需要说明的是，实施例一和实施例二仅为本发明提供的两种优选排线方法，还可以通过改变n1、n2、m、n的数值以及大方格、中方格、小方格的长宽尺寸在面积有限的数字微流控芯片上实现不同的排线方式，以满足不同细胞类型、不同细胞数量、不同细胞大小、不同液滴稀释倍数的细胞计数要求。
另外需要说明的是，数字微流控芯片的像素电极根据材料的不同，有金属电极、化合物电极等。当使用透明材质的电极比如ITO材质电极时，就可以透过ITO看到内部的金属排线。通过本发明提供的排线方式即可实现对细胞的计数。
当然，本发明的像素电极不仅限于使用透明材质的电极，其余非透明材质的电极同样适用于本发明，只要能够观察清楚金属排线即可，适用范围广，有利于构建芯片统一的布线标准。
本发明将电润湿技术和微流控技术相结合，通过操控不同电极的给电，以改变界面表面张力，从而驱动微流体运动，把细胞溶液或其他测试对象滴到芯片上，将其移动到芯片计数去。由于细胞溶液通常密度较大，便可通过目视芯片计数去对细胞进行计数。
本发明还提供了一种可用于细胞计数的数字微流控芯片，该数字微流控芯片中采用上述的排线方法排线，形成芯片计数区。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (8)

1.一种数字微流控芯片排线方法，其特征在于，步骤包括：
1)在数字微流控芯片中的每个像素电极所在位置划设长宽相同的正方形区域作为芯片计数区的一计数单元；
2)以所述像素电极的栅极金属线和漏极金属线分别为垂直划分线和水平划分线，将所述像素电极对应的所述计数单元划分为n1×n1个长宽均相同的大方格；
3)以具有相同线间距的若干条所述垂直划分线和若干条所述水平划分线，将同个所述计数单元中的至少一个所述大方格划分为n2×n2个长宽均相同的中方格；
4)以具有相同线间距的若干条所述垂直划分线和若干条所述水平划分线，将至少一个所述中方格划分为m×n个的小方格。
2.根据权利要求1所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，所述步骤2)中，n1＝3。
3.根据权利要求1所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，每个所述大方格的长或宽为4mm。
4.根据权利要求1或3所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，所述步骤3)中的所述线间距为1mm或0.8mm。
5.根据权利要求1所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，所述步骤3)中，n2＝4或5。
6.根据权利要求1所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，所述步骤4)中的所述线间距为0.2mm。
7.根据权利要求1所述的数字微流控芯片排线方法，其特征在于，所述步骤4)中，m＝n＝5或者m＝n＝4。
8.一种可用于细胞计数的数字微流控芯片，其特征在于，所述数字微流控芯片中以权利要求1-7任意一项所述的排线方法排线，形成芯片计数区。
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