CN114289086A - 一种集成多孔膜微流控芯片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成多孔膜微流控芯片以及制备方法，属于生物微流控领域，包括芯片基体，所述芯片基体中形成有微流道，所述微流道中设有异质膜，所述异质膜至少包括第一异质膜与第二异质膜，所述第一异质膜与第二异质膜孔径不同，且第一异质膜与第二异质膜之间形成富集腔。其中异质膜可采用至少两种不同孔径的多孔膜和/或与微流控不同材质的多孔膜，能够即时定点(POCT)在封闭状态下进行特定粒径细胞或者细菌的高精度、低损失的筛选和富集，并提供一种简单的集成多孔膜微流控芯片的制备方法。

Description

一种集成多孔膜微流控芯片及制备方法

技术领域

本发明涉及生物微流控技术领域，特别是涉及一种集成多孔膜微流控芯片及制备方法。

背景技术

目前膜过滤法广泛应用于各类生命科学研究，通过不同的结构及孔径大小进行着分离与富集不同的物质。此类方法为被动式分离及富集方法，对目标物溶液影响较小，对目标物无伤害等优点。但常规的膜过滤技术只适合杂质较少的样品，采用膜过滤法时需要事先预估待测样品中的病原体及拟分离物质浓度范围，以便确定过滤样品的体积，如果被截留在滤膜上的病原体或拟分离物质过多，会造成后续检查的障碍，如是分离细菌，则需要进行滤膜上的细菌培养，检测耗时长。同时常规的膜过滤法也极易造成过滤膜的堵塞，且富集后的溶液中含有其他物质，严重影响后续检测。故需要先进的过滤技术，实现病原体(细菌、细胞)及其他物质的分离及富集，提高检测准确性。目前还没有研究机构或企业公司能实现高效、集成化的分离和富集芯片。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成多孔膜微流控芯片，能够即时定点(POCT)进行封闭状态下进行特定粒径细胞的高精度、低损失的筛选和富集。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一方面提供一种集成多孔膜微流控芯片，包括芯片基体，所述芯片基体中形成有微流道，所述微流道中设有异质膜，所述异质膜至少包括第一异质膜与第二异质膜，所述第一异质膜与第二异质膜孔径不同，且第一异质膜与第二异质膜之间形成富集腔。

在本发明的一些实施方式中，所述芯片基体包括盖片、异质模块和基片，所述盖片、异质模块和基片依次贴合用于形成微流道。

在本发明的一些实施方式中，所述异质模块包括左支撑层、右支撑层和异质膜，所述异质膜两端分别连接所述左支撑层和右支撑层，且所述异质膜位于所述微流道内，用于供待过滤液通过。

所述异质模块包括至少两个不同孔径的异质膜，各所述异质膜两端分别连接所述左支撑层和右支撑层。

在本发明的一些实施方式中，所述异质模块至少包括两个不同孔径的异质膜。

在本发明的一些实施方式中，所述第一异质膜的孔径为1～20μm，孔径可选1～3μm，3～5μm，5～10μm，10～15μm，15～20μm；

所述第二异质膜的孔径为0.1～10μm，孔径可选0.1～0.5μm，0.5～1μm，1～5μm，5～10μm；

且第一异质膜的孔径大于第二异质膜的孔径。

在本发明的一些实施方式中，第一异质膜位于流道上游，具体为能出去除溶液中的大分子杂质的多孔膜，第二异质膜位于第一异质膜下游，具体为对目标物质(细胞/细菌)进行截留以求富集的多孔膜；

在本发明的一些实施方式中，所述盖片、异质模块和基片通过热压键合或等离子键合封装制成；

和/或，所述盖片、左支撑层、右支撑层和基片由PDMS或PMMA制成。

本发明第二方面提供一种集成多孔膜微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

S1、提供底片、异质膜、盖片、基片和成型液，其中异质膜为硅机制或者玻璃机制的上下通透膜；

S2、将成型液平铺于底片，成型液固化后形成第一成型层，第一成型层的高度为10～500μm，可选为10～50μm，50～100μm，100～200μm，200～500μm；

S3、将异质膜置于所述第一成型层，异质膜周围的第一成型层(101)与第一成型层接触形成键合；具体的，成型液具有粘性，或者向成型液中加入粘结剂，以完成异质膜与第一成型层接触形成键合。

S4、将成型液加至第一成型层并包围异质膜，成型液固化后形成第二成型层，其中第二成型层高度高于异质膜的厚度，高出的距离约为0.5～2mm，可选0.5～1mm，1～2mm，优选为1mm；

S5、去除底片并除去位于异质膜下侧的部分第一成型层，形成包含异质膜的异质模块；

S7、将盖片、异质模块和基片键合形成具有为微流道的异质集成多孔膜微流控芯片。

在本发明的一些实施方式中，所述成型液选自液态PMMA或液态PDMS。

本发明第三方面提供一种集成多层异质膜微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

S100、提供至少两个不同孔径的异质膜、底片、盖片、基片和液态成型液；

S200、采用如权利要求7所述制备方法分别制备包含不同孔径异质膜的异质模块；

S300、将盖片、包含不同孔径异质膜的异质模块和基片键合形成具有为微流道的集成多层异质膜微流控芯片。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的包含双层异质膜的微流控芯片示意图；

图2为本发明实施例1所述的包含双层异质膜的微流控芯片的3D示意图；

图3为本发明包含单层异质膜的异质模块的加工制造流程图；

图4为本发明实施例4中所述双层异质膜微流控芯片进行富集的工作流程示意图。

图中标号：

1、盖片；

11、盖片流道；

21、左支撑层；

22、右支撑层；

23、异质膜；

231、第一异质膜；232、第二异质膜；

24、异质模块流道；

3、基片；

31、基片流道；

100、底片；

101、第一成型层；

102、第二成型层。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本发明。但是，应当理解的是，本发明的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限制本发明，且本发明的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。

本发明所提供的集成多孔膜微流控芯片，包括芯片基体，所述芯片基体中形成有微流道，所述微流道中设有异质膜，所述异质膜至少包括第一异质膜231与第二异质膜232，所述第一异质膜231与第二异质膜232孔径不同，且第一异质膜231与第二异质膜232之间形成富集腔。所述多孔膜微流控芯片能够即时定点(POCT)进行封闭状态下进行特定粒径细胞的高精度、低损失的筛选和富集，集成多孔膜微流控芯片的制备方式不做具体限定。如下所述，提供一种具体的芯片结构实例和制备方法实例如下：

实施例1

如图1和图2所示，一种集成两种异质多孔膜微流控芯片，包括盖片1、异质模块和基片3，盖片1、异质模块和基片3依次贴合用于形成微流控芯片的微流道。微流道包括依次连通的盖片流道11、异质模块流道24和基片流道31，盖片流道11和基片流道31分别位于盖片1和基片3内，且均与外界连通。异质模块包括左支撑层21、右支撑层22和异质膜23，异质膜23两端分别连接左支撑层21和右支撑层22，其中，异质膜包括第一异质膜231和第二异质膜232，第一异质膜与第二异质膜之间形成富集腔，如图1所示，第一异质膜231位于异质模块流道24上游，具体为能出去除尿液中的大分子杂质的多孔膜，孔径为2μm，第二异质膜232位于位于第一异质膜231下游，具体为对目标物质(大肠杆菌)进行截留以求富集的多孔膜，孔径可以为0.45μm。

在一优选实施例中，盖片1、异质模块和基片3由PDMS或PMMA制成，并通过热压键合或等离子键合封装制成。

实施例2

一种集成多孔膜微流控芯片的制备方法，如图3所示：

1)以玻璃片作为底片100，液态PDMS作为成型液；

2)将液态PDMS平铺于底片100，制作一层很薄得液态PDMS层并固化形成第一成型层101；

3)将异质膜23置于第一成型层101，异质膜周围的PDMS层与第一成型层接触形成键合，液态PDMS具备粘性，干燥固化即将异质膜与第一成型层键合；

4)将成型液加至第一成型层101并包围异质膜23，成型液固化后形成第二成型层102，其中第二成型层102高度高于异质膜的厚度，由于固液之间的表面张力，液态PDMS不会从上部填充异质膜微腔，由于上一步中异质膜周围的PDMS层与下层PDMS接触形成键合，液态PDMS也不会从下部填充异质膜微腔；

5)将玻璃片去除，切去异质膜下的薄层PDMS(第一成型层)，形成包含异质膜23的异质模块；将异质模块打孔，并与已经具有盖片流道11的盖片和已经具有基片流道31基片键合，形成具有为微流道的多孔膜微流控芯片。

实施例3

双层异质膜微流控芯片的制备方法

1)采用实施例2的方法制备含有不同异质膜的第一异质模块；具体为，包括第一异质膜231的异质模块，和包含第二异质膜232的第二异质模块；

2)将已经具有盖片流道11的盖片、第一异质模块、第二异质模块、和已经具有基片流道31基片键合，形成具有为微流道的双层异质膜微流控芯片。

实施例4

实施例3所述制备的双层异质膜微流控芯片的应用，双层膜进行富集。

如图4工作流程示意图：

如图中4a所示，带有特定粒径的细胞的水源经过第一异质膜后，被滞留富集在第二异质膜。完成正向操作后，进行图4b所示的反冲工作，通过反冲，获得一定粒径空间的富集细胞。

具体的，例如第一异质膜为2μm、第二异质膜为0.45μm，利用微流控通道实现第二层异质膜(0.45μm)上目标物质的高效富集与提纯。第一层异质膜采用孔径较大的多孔膜去除尿液中的大分子杂质，第二层异质膜采用孔径较小的多孔膜(对目标物质(大肠杆菌)进行截留以求富集，多层异质膜微流控芯片采用通过微流控通道反向注射液体富集小孔径多孔膜的目标物质进行分离回收。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种集成多孔膜微流控芯片，其特征在于，包括芯片基体，所述芯片基体中形成有微流道，所述微流道中设有异质膜，所述异质膜至少包括第一异质膜(231)与第二异质膜(232)，所述第一异质膜(231)与第二异质膜(232)孔径不同，且第一异质膜(231)与第二异质膜(232)之间形成富集腔。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片基体包括盖片(1)、异质模块和基片(3)，所述盖片(1)、异质模块和基片(3)依次贴合用于形成微流道。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述异质模块包括左支撑层(21)、右支撑层(22)和异质膜(23)，所述异质膜(23)两端分别连接所述左支撑层(21)和右支撑层(22)，且所述异质膜位于所述微流道内，用于供待过滤液通过。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流道包括依次连通的盖片流道(11)、异质模块流道(24)和基片流道(31)；

所述左支撑层(21)和所述右支撑层(22)相互靠近以形成异质模块流道，所述异质膜(23)位于所述异质模块流道；

所述盖片流道(11)和所述基片流道(31)分别位于所述盖片(1)和基片(3)，且均与外界连通。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一异质膜(231)的孔径为1～20μm，所述第二异质膜(232)的孔径为0.1～10μm；

和/或，第一异质膜的孔径大于第二异质膜的孔径。

6.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述盖片(1)、异质模块和基片(3)通过热压键合或等离子键合封装制成。

7.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述盖片(1)、左支撑层(21)、右支撑层(22)和基片(3)由PDMS或PMMA制成。

8.一种集成多孔膜微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、提供底片(100)、异质膜(23)、盖片、基片和成型液；

S2、将成型液平铺于底片(100)，成型液固化后形成第一成型层(101)；

S3、将异质膜(23)置于所述第一成型层(101)，异质膜周围的第一成型层(101)与第一成型层接触形成键合；

S4、将成型液加至第一成型层(101)并包围异质膜(23)，成型液固化后形成第二成型层(102)，其中第二成型层(102)高度高于异质膜的厚度；

S5、去除底片并去除位于异质膜(23)下侧的部分第一成型层(101)，形成包含异质膜(23)的异质模块；

S7、将盖片、异质模块和基片键合形成具有为微流道的异质集成多孔膜微流控芯片。

9.一种集成多层异质膜微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、提供至少两个不同孔径的异质膜、底片、盖片、基片和成型液；

S200、采用如权利要求8所述制备方法分别制备包含不同孔径异质膜的异质模块；

S300、将盖片、包含不同孔径异质膜的异质模块和基片键合形成具有为微流道的集成多层异质膜微流控芯片。

10.根据权利要求8所述的集成多孔膜微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述成型液选自液态PMMA或液态PDMS。

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