CN115007231B - 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片 - Google Patents

一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN115007231B
CN115007231B CN202210626359.4A CN202210626359A CN115007231B CN 115007231 B CN115007231 B CN 115007231B CN 202210626359 A CN202210626359 A CN 202210626359A CN 115007231 B CN115007231 B CN 115007231B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capturing
micro
dielectrophoresis
electrode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210626359.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115007231A (zh
Inventor
邢晓星
刘珠珠
蔡瑶
俞度立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN202210626359.4A priority Critical patent/CN115007231B/zh
Publication of CN115007231A publication Critical patent/CN115007231A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115007231B publication Critical patent/CN115007231B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/07—Means for pre-treatment of biological substances by electrical or electromagnetic forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0424—Dielectrophoretic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于细胞‑微珠捕获配对的微流控芯片，包括介电泳捕获部、微井收集部、裂解埋层电极部。利用介电泳捕获部的双层结构电极加电产生的介电泳力和电极周期性的捕获凹槽捕获微珠和细胞，实现细胞和微珠的双重高效捕获和配对，捕获后停止介电泳激励通过重力作用使微珠和细胞沉降至微井收集部的微井中，使微珠和细胞在微井收集部的微井中形成一对一配对收集。配对完成后由介电泳捕获部的双层结构电极和裂解埋层电极部的液体电极构成的裂解电极加电使细胞裂解。本发明采用介电泳的主动控制机制完成细胞和微珠的轨迹控制和最终捕获，能够处理高通量样本并缩短捕获时间，缩短了研发和制造时间并且降低了成本。

Description

一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片
技术领域
本发明属于微流控芯片技术中的微粒控制技术领域，具体涉及一种用于细胞-微珠捕获的微流控芯片。
背景技术
细胞是生物体结构和功能的基本单位。在研究生物体解复杂组织的功能、探索疾病发病机理的过程中，对细胞的基因表达分析至关重要，而单细胞转录组测序(singlecellRNAsequencing,scRNA-seq)为基因表达分析的一种强大工具。Tang等在2009年首次提出了单细胞转录组测序技术(singlecellRNAsequencing,scRNA-seq)。基于从整个转录组获得的大量数据，scRNA-seq提供了关于基因表达及其调节的完整信息，能够准确描述细胞的类型和状态。如今单细胞RNA测序技术能够快速确定成千上万个细胞的基因表达情况，分析相同基因细胞的的表型异质性，并应用于神经生物学、器官生长、癌症生物学、临床诊断、免疫学、微生物学、胚胎学、产前基因诊断等多个领域。
随着分子条形码技术以及微流控测序文库制备平台的发展，现有技术已经能够对成千上万个细胞进行单细胞转录组测序。单细胞转录组测序最常用的技术之一是将单个细胞与唯一的条形码微珠实行一对一的捕获配对的方式制备测序文库。近年来，众多研究者开发了多种技术来实现这一功能并致力于效率的提升。例如，Zheng等人设计了一种基于液滴的系统，该系统使用GemCode微珠能够对数万个单细胞进行RNA测序，细胞捕获效率大约为50％。Moon等人利用基于螺旋通道的微流控平台在封装细胞之前等距排列高浓度微珠，有效避免了同一液滴内封装多个微珠的问题。然而，基于液滴的技术对于细胞和微珠的捕获仍然具有随机性，配对效率仍然受限，因而技术无法处理低输入样本(<500)；同时该技术对外围设备的依赖(例如精确的液滴生成流体控制系统)限制了系统的便携性。基于微井阵列结构的细胞微珠大规模配对方法作为另一项单细胞转录组测序的代表性技术也在多个应用场景中得到了应用，但其随机配对的特点仍然会造成细胞和微珠配对的效率受到泊松分布的限制。因此，提升配对效率并简化操作、降低成本的技术成为单细胞转录组测序技术的发展趋势。研究者致力于采用辅助手段——如流场、电场控制等——来提升捕获配对效率。
介电泳(dielectrophoresis,DEP)是一种基于电场作用的微粒的主动控制机制，具体指悬浮在介质中的可极化粒子在非均匀电场下的运动，具有免标记和非接触的优点。介电泳力的大小取决于粒子的体积、粒子与周围介质的介电特性、所施加电场的频率、场强及场强梯度。随着微流控技术的发展，集成了介电泳电极的微流控平台已被广泛应用于多种细胞类型的操控和分选，包括细菌、真菌、血细胞、干细胞、肿瘤细胞等，并进一步延伸到纳米级别的生物颗粒(如DNA、蛋白质、病毒等)的操作。目前介电泳技术已经展现出应用在scRNA-seq中以提升细胞捕获效率的潜力，例如，RongFan等开发了集成介电泳捕获功能的纳米井转移方法来辅助scRNA-seq中细胞的高效捕获，突破细胞和微珠捕获的双泊松分布极限。然而目前运用介电泳辅助捕获的技术十分有限，并且仅限于细胞操作，并没有充分利用介电泳的微粒控制能力达到细胞和微珠捕获效率的双重提升，因此捕获配对效率仍有很大的上升空间。此外，现有技术利用的是传统介电泳金属薄膜电极，介电泳力的空间控制范围十分有限；并且该电极配置需要较为繁复且高成本的电极、流道分步加工和对准的工艺。
发明内容
针对以上技术的缺点和不足，本发明的目的为提供一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片。该芯片采用创新性的三维立体双层结构电极产生介电泳力来实现细胞和微珠的双重高效捕获和配对。与现有技术相比，微珠和细胞的捕获效率均突破了泊松分布的极限，并且能够连续高通量地处理样本；电极同时作为流道侧壁的一体化设计和基于倒模工艺的加工工艺简化了器件的微加工，降低了成本；器件操作简单，无需现有介电泳辅助技术中的翻转操作或多余阀控操作；基于微井的捕获技术使其无需生成液滴的外围设备支持，提高了其在便携式系统开发方面的应用潜力。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括自上而下依次组合在一起的介电泳捕获部(1)、微井收集部(2)、裂解埋层电极部(3)。
如图1所示，所述介电泳捕获部(1)由顶层(10)和位于其下方的电极-流道层(12)构成，所述顶层(10)为长方体薄层。
如图2-3所示，所述的电极-流道层(12)具有一对位于顶层(10)下方、且关于沿顶层(10)长度方向且经过顶层(10)的宽度中点的对称轴(4)相对称的双层结构电极(5)，对称电极的每个电极由上下叠放的两层长条状薄层构成，沿着对称轴(4)方向平行延伸，与顶层(10)长度相同。所述对称放置的双层结构电极(5)，其间所夹空隙形成流道(13)。
如图2-3所示，所述对称放置的双层结构电极(5)，其电极的上层长条状薄层(6)相对于下层长条状薄层(7)向流道(13)内伸出，下层长条状薄层(7)面向流道(13)的侧壁修饰有周期性的下层捕获凹槽(15)。如图2所示，所述上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁可以为直线型。如图3所示，所述上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁也可以修饰有周期性上层捕获凹槽(14)，且当修饰有周期性上层捕获凹槽(14)时，上层捕获凹槽(14)与下层捕获凹槽(15)在垂直于流道的方向上一一对应。
如图2-3所示，所述介电泳捕获部(1)具有贯通顶层(10)和电极-流道层(12)、并与流道(13)两端连通出口(8)和入口(9)。所述电极-流道层(12)，从出口(8)和入口(9)分别沿流道(13)平行方向延伸出通向外部的窄沟道(16)。窄沟道(16)、出入口和流道(13)组成的空隙将对称放置的双层结构电极(5)彻底分隔绝缘。窄沟道中可通过毛细作用填充PDMS等可流动绝缘物质并固化，达到堵住多余流体出口(窄沟道向外的开口)和绝缘的目的。
如图1所示，所述微井收集部(2)为长方体薄层，位于介电泳捕获部(1)的下方并上下对齐。微井收集部具有两列周期性从上表面内凹、并沿流道(13)方向延伸的微井(17)。如图4所示，微井(17)与所述介电泳捕获部(1)的下层捕获凹槽(15)一一对应。当所述介电泳捕获部的上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁为直线型时，所述下层捕获凹槽(15)在流道深度方向上的投影完全包含在微井(17)的底面中，以保证下层捕获凹槽(15)中捕获的细胞或微珠能够在重力作用下竖直落入微井(17)；同时，微井(17)底面整体形状能够容纳下一个微珠和一个细胞，微井(17)底面大于下层捕获凹槽(15)投影的部分向流道中心延伸，并且不受下层长条状薄层(7)在流道深度方向上的投影遮挡，以防止该遮挡阻碍微珠的回收。当所述介电泳捕获部的上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁修饰有周期性上层捕获凹槽(14)时，所述下层捕获凹槽(15)和上层捕获凹槽(14)在流道深度方向上的投影均完全包含在微井(17)的底面中，以保证下层捕获凹槽(15)中捕获的微珠和上层捕获凹槽(14)捕获的细胞能够在重力作用下竖直落入微井(17)；同时，微井(17)底面整体形状能够容纳下一个微珠和一个细胞，并且不受下层长条状薄层(7)在流道深度方向上的投影遮挡，以防止该遮挡阻碍微珠的回收。
如图1所示，所述裂解埋层电极部(3)为长方体薄层，位于微井收集部(2)下方并上下对齐，薄层上表面具有两条内凹的液体电极通道(11)。所述两条液体电极通道(11)沿薄层长度方向并贯通。如图5所示，所述两条液体电极通道(11)分别位于所述两列微井(17)的正下方，且液体电极通道(11)的宽度和微井(17)宽度相同。所述两条液体电极通道(11)内充高电导率液体形成两条液体电极。
在细胞和微珠捕获配对的工作过程中，所述介电泳捕获部(1)的双层结构电极(5)的外侧分别连接捕获激励信号(18)和捕获接地信号(19)。如图7所示，当所述介电泳捕获部(1)的上层长条状薄层(6)其面向流道(13)的侧壁为直线形时，在捕获过程中，首先将微珠样品通过入口(9)注入流道(13)，通过流体和负介电泳作用使微珠沿着所述下层长条状薄层(7)的侧壁移动并被下层捕获凹槽(15)捕获，每个下层捕获凹槽(15)中捕获一个微珠。待所有下层捕获凹槽(15)均填满微珠后停止注入微珠，并冲洗掉流道中多余的未在下层捕获凹槽(15)中的微珠，然后停止介电泳激励，从而使微珠通过重力作用沉降至所述微井收集部(2)的微井(17)里；如图8所示，再将细胞样品通过入口(9)注入流道(13)，通过流体和负介电泳作用使细胞沿着所述下层长条状薄层(7)的侧壁移动并被下层捕获凹槽(15)捕获，每个下层捕获凹槽(15)中捕获一个细胞。待所有下层捕获凹槽(15)均填满细胞后停止注入细胞，并冲洗掉流道中多余的未在下层捕获凹槽(15)中的细胞，然后停止介电泳激励，从而使细胞通过重力作用沉降至所述微井收集部(2)的微井(17)里，在微井(17)中细胞和微珠形成一对一配对收集。此工作模式下需调整实验条件(细胞微珠悬浮溶液电导率、介电泳激励的频率等)使得微珠和细胞均受到负介电泳力。
在细胞和微珠捕获配对的工作过程中，所述介电泳捕获部(1)的双层结构电极(5)的外侧分别连接捕获激励信号(18)和捕获接地信号(19)。如图9所示，当所述介电泳捕获部(1)的上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁修饰为周期性上层捕获凹槽(14)，在捕获过程中，将微珠和细胞的混合样品通过入口(9)注入流道(13)，通过流体和正介电泳作用使细胞沿着所述上层长条状薄层(6)的侧壁移动并被上层捕获凹槽(14)捕获，每个上层捕获凹槽(14)捕获一个细胞；同时，通过流体和负介电泳作用使微珠沿着所述下层长条状薄层(7)的侧壁移动并被下层捕获凹槽(15)捕获，每个下层捕获凹槽(15)捕获一个微珠；待所有上层捕获凹槽(14)和所有下层捕获凹槽(15)分别填满细胞和微珠后，停止注入细胞和微珠混合溶液，并冲洗掉流道中多余的未在上层捕获凹槽和下层捕获凹槽中的细胞，然后停止介电泳激励，从而使细胞和微珠分别通过重力作用沉降至所述微井收集部(2)的微井(17)里，在微井(17)中细胞和微珠形成一对一配对收集。此工作模式下需调整实验条件(细胞微珠悬浮溶液电导率、介电泳激励的频率等)使得微珠和细胞分别受到负介电泳力和正介电泳力。
在细胞和微珠捕获配对的工作过程中，当所述介电泳捕获部(1)的上层长条状薄层(6)面向流道(13)的侧壁修饰为周期性上层捕获凹槽(14)，在捕获过程中，除采用上文的微珠-细胞混合样品并同时捕获微珠和细胞的工作模式外，也可采用先后单独通入细胞和微珠，并分步捕获的方法。微珠和细胞通入的先后顺序不限。此工作模式下需调整实验条件(细胞微珠悬浮溶液电导率、介电泳激励的频率等)使得微珠和细胞分别受到负介电泳力和正介电泳力。
如图10所示，工作在裂解模式时，所述介电泳捕获部(1)的双层结构电极(5)的两级同时连接裂解信号电极(21)，裂解埋层电极部(3)的两条液体电极通道(11)中填充的液体电极连接裂解接地电极(22)。在细胞和微珠在微井(17)中完成配对收集后，先将氟化油(20)从入口(9)注入流道(13)，当氟化油(20)充满流道(13)后停止注入，从而密封微井(17)将不同微井(17)中的物质隔离，防止交叉污染。接下来通过裂解电极的配置加电使细胞完全裂解，mRNA释放和微珠结合。然后将芯片翻转并从入口(9)向流道注入缓冲溶液，使微珠通过重力脱离微井进入流道中并随液体流动，以便在出口(8)收集连接有mRNA附着的微珠。
除上述电裂解方法外，细胞裂解也可采用冻融裂解和加入裂解液的方法。当采用冻融裂解方法时，在细胞和微珠在微井中完成配对收集后，首先将冻融裂解缓冲液从入口(9)注入流道(13)，待冻融裂解缓冲液充满流道(13)后停止注入，再将氟化油(20)从入口(9)注入流道(13)，待氟化油(20)充满流道(13)后停止注入，从而密封微井(17)，将不同微井(17)中物质进行分离，防止交叉污染。之后将芯片进行冷冻-解冻循环三次使细胞裂解，具体每个循环是在-80摄氏度冷冻或干冰/乙醇浴中冷冻5分钟并在室温下解冻5分钟，冷冻-解冻循环处理后将芯片静置一小时以便裂解细胞中释放的mRNA和微珠结合。然后将芯片翻转并从入口(9)向流道注入缓冲溶液，使微珠通过重力脱离微井进入流道中并随液体流动，以便在出口(8)收集连接有mRNA附着的微珠。
当采用裂解液裂解的方法时，在细胞和微珠在微井中完成配对收集后，首先将裂解液通过入口(9)注入流道(13)，待裂解液充满流道(13)后停止注入，再将氟化油(20)通过入口(9)注入流道，待氟化油(20)充满流道(13)后停止注入，从而密封微井(17)将不同微井(17)中的物质隔离，防止交叉污染。将芯片静置一小时以便使裂解释放的mRNA和微珠结合。然后将芯片翻转并从入口(9)向流道注入缓冲溶液，使微珠通过重力脱离微井进入流道中并随液体流动，以便在出口(8)收集连接有mRNA附着的微珠。
所述双层结构电极(5)的上层长条状薄层(6)厚度优选10-40μm，其面向流道(13)的侧壁可以为直线形，也可以被修饰为周期性上层捕获凹槽(14)，凹槽形状包括但不限于矩形、扇形、半圆形、正方形等。上层捕获凹槽(14)长度和宽度优选细胞直径的1.2-1.8倍。所述双层结构电极(5)的下层长条状薄层(7)厚度优选20-100μm，下层捕获凹槽(15)长度和宽度优选细胞和微珠直径的1.2-1.8倍。
所述微井收集部(2)的微井(17)底面形状包括但不限于矩形、椭圆形、哑铃形等，深度小于微井收集部(2)长方体薄层的厚度。
所述介电泳捕获部(1)顶层(10)采用绝缘透明材料，包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、硅胶、聚二甲基硅氧烷等，优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)。所述介电泳捕获部(1)的双层结构电极(5)采用导电材料，导电材料包括但不限于导电聚合物、硅、金属、半导体等，优选导电聚合物银-聚二甲基硅氧烷(Ag-PDMS)，其中银粉的质量分数优选86％。微井收集部(2)采用绝缘透明材料，包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、硅胶、聚二甲基硅氧烷等，优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)。裂解埋层电极部(3)采用绝缘透明材料，包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、硅胶、聚二甲基硅氧烷等，优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
所述的介电泳捕获部(1)、微井收集部(2)、裂解埋层电极部(3)均可采用一步成型的倒模工艺实现。当采用导电聚合物(如AgPDMS)和PDMS分别加工双层结构电极(5)和芯片其余部分时，工艺过程如下：
(1)模具的加工：通过单层或多层SU8光刻，分别制备成一体化介电泳捕获部(1)、微井收集部(2)、裂解埋层电极部(3)所需的模具；模具一经加工完成，可重复使用；
(2)将介电泳捕获部(1)的模具填充介电泳捕获部(1)的电极-流道层(12)的材料，优选AgPDMS填充物，并通过研磨使得AgPDMS填充物与模具上表面平齐，并加热固化AgPDMS；
(3)在带有加热固化的AgPDMS的模具表面固化一层介电泳捕获部(1)的顶层(10)所需的材料，优选PDMS，厚度优选2～6mm；需要注意的是，PDMS仅为芯片顶部，PDMS层无任何图案；加热固化后的介电泳捕获部(1)的顶层(10)与前述步骤中成型的介电泳捕获部(1)的电极-流道层(12)自然键合成为一体，将这一结构整体从模具上揭下，并在出入口打孔；
(4)微井收集部(2)的模具在匀胶机上旋涂倒膜材料并固化形成微井收集部(2)，用来捕获细胞和微珠，材料优选PDMS，加热固化后不脱模；
(5)裂解埋层电极部(3)采取将裂解埋层电极部(3)的模具倒模的方式形成，材料优选PDMS，加热固化后脱模；
(6)将裂解埋层电极部(3)脱模后，与微井收集部(2)模具上固化的PDMS层键合，完成后整体脱模；
(7)将步骤3中得到的介电泳捕获部(1)结构与前述步骤中成型的微井收集部(2)与裂解埋层电极部(3)这一整体等离子键合在一起，为AgPDMS-PDMS键合；
(8)使用绝缘材料填充介电泳捕获部(1)电极-流道层(12)的窄沟道(16)，优选PDMS。
相比现有的细胞-微珠捕获技术，本发明的有益效果如下：
本发明提出的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，芯片使用双层结构电极作为细胞-微珠的捕获电极，该双层结构电极在加电时能够在水平和竖直方向均上产生空间不均匀的电场而产生高效控制细胞和微珠的介电泳力，从而能够在流场存在情况下使细胞和微珠沿着目标电极移动，进而通过电极侧壁的周期性捕获凹槽捕获沿电极侧壁移动的细胞或微珠，并通过捕获凹槽尺寸保证单个细胞或单个微珠的捕获，进而通过与凹槽上下对应的微井接收重力沉降的单个细胞和单个微珠，实现细胞-微珠的一对一捕获配对。
与现有技术相比，本发明设计的芯片改变了传统的被动式、随机式捕获，变被动捕获为主动送达，同时突破了细胞和微珠在捕获过程中的随机性，采用介电泳的主动控制机制完成了细胞和微珠的轨迹控制和最终捕获，从而实现捕获配对效率的极大提升。高效的介电泳控制与捕获允许细胞和微珠形成紧密的排列，提升样品通量、缩短捕获时间；本发明中微珠和细胞均通过介电泳作用被捕获，并且支持细胞和微珠同时注入芯片，进一步缩短了捕获时间；本发明操作过程中不需要翻转芯片等步骤，也不需要阀控等设备的支持，芯片结构简单、操作简便、加工成本低。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的整体结构图。
图2为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片中，上层长条状薄层面向流道的侧壁为直线型时的介电泳捕获部细节图，该设计支持细胞和微珠均为负介电泳的工作模式。
图3为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片中，上层长条状薄层面向流道的侧壁修饰有周期性捕获凹槽结构时的介电泳捕获部细节图，该设计支持细胞正介电泳而微珠负介电泳的工作模式。
图4为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的电极-流道层和微井收集部重合的俯视图。
图5为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的微井收集部和裂解埋层电极部重合的俯视图。
图6为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的流道切面图。
图7为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的细胞-微珠均为负介电泳捕获工作模式时，捕获微珠的工作原理图。
图8为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的细胞-微珠均为负介电泳捕获工作模式时，捕获细胞的工作原理图。
图9为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的细胞为正介电泳而微珠为负介电泳的工作原理图。
图10为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的细胞加电裂解原理图。
图11为本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片的加工流程图，分别为(a)介电泳捕获部工艺流程、(b)微井收集部和裂解埋层电极部工艺流程、(c)器件整体键合
附图标记如下：1、介电泳捕获部，2、微井收集部，3、裂解埋层电极部，4、对称轴，5、双层结构电极，6、上层长条状薄层，7、下层长条状薄层，8、出口，9、入口，10、顶层，11、液体电极通道，12、电极-流道层，13、流道，14、上层捕获凹槽，15、下层捕获凹槽，16、窄沟道，17、微井，18、捕获激励信号，19、捕获接地信号，20、氟化油，21、裂解信号电极，22、裂解接地电极。
具体实施方式
为了进一步对本发明做详细描述，下面结合实施例和附图进行说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明提出了一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其完整结构如图1所示，包括介电泳捕获部1、微井收集部2、裂解埋层电极部3。其中介电泳捕获部1包括顶层10和电极-流道层12，顶层10为绝缘的长方体薄层，高度为3mm。电极-流道层12的俯视图如图3所示，电极-流道层12的双层结构电极5所夹空隙形成流道13，上层流道13宽度为70μm，下层流道13宽度为160μm。双层结构电极5的上层长条状薄层6和下层长条状薄层7面向流道13的侧壁修饰有周期性的捕获凹槽，上层长条状薄层6和下层长条状薄层7的厚度分别为30μm和40μm，捕获凹槽之间的间距为60μm。介电泳捕获部1具有贯通顶层10和电极-流道层12、并与流道13两端连通的圆形出口8和入口9，出口8和入口9的直径为1.2mm。从出口8和入口9分别沿流道13平行方向延伸出通向外部的窄沟道16，填充绝缘材料以使一对双层结构电极5绝缘，绝缘沟道宽度为50μm。
本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，如图1所示，微井收集部2位于介电泳捕获部1的下方并上下对齐，具有两列周期性从上表面内凹、并沿流道13方向延伸的微井17。如图4所示，微井17与所述介电泳捕获部1的下层捕获凹槽15一一对应。微井17长度为20μm，宽度为70μm，深度为30μm。裂解埋层电极部的俯视图如图5所示，两条液体电极通道11分别位于两列微井17的正下方，并且液体电极通道11的宽度和微井17宽度相同，深度为40μm。
本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，流道切面图如图6所示，加电捕获时介电泳捕获部1对称放置的一对双层结构电极5分别是产生介电泳激励的捕获激励信号18和捕获接地信号19。加电裂解时介电泳捕获部1的双层结构电极5和裂解埋层电极部3的液体电极分别为裂解信号电极21和裂解接地电极22。
本发明所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，介电泳捕获部1的加工流程如图11(a)所示，加工过程仅需一次倒模即可做到流道和电极一体成型，且倒模过程中无需对准式光刻工艺的微加工过程。微井收集部2和裂解埋层电极部的加工流程如图11(b)所示。具体包括以下步骤：
(1)光刻掩膜版设计与制作：绘制分层的微流控装置设计图，使用高精度打印输出为多张掩膜版，每张掩膜版具有透光和不透光的图案，用以在曝光步骤中形成图案。
首先是介电泳捕获部1的加工流程：
(2)模具加工：即通过光刻加工用于介电泳捕获部1倒模的双层SU8模具。模具加工完成可重复可用，倒模过程中无需现有导电聚合物电极流道倒模中多余对准式光刻步骤。主要步骤为在硅片上依次经过第一层SU8匀胶(spincoating)、第一层前烘(softbake)、第一层曝光(exposure)、第一层后烘(postexposebake)、第二层SU8匀胶(spincoating)、第二层前烘(softbake)、第二层曝光(exposure)、第二层后烘(postexposebake)、双层一起显影(development)、坚膜(hardbake)等过程，得到设计的SU8图形。如图11(a)步骤Ⅰ-Ⅲ所示。
(3)微电极制作：在介电泳捕获部1的模具沟槽中填充双层结构电极5的材料，选用导电聚合物AgPDMS作为填充物，其中微米银粉与PDMS的质量比为86:14。通过充分研磨使得银粉与PDMS混合均匀得到胶泥状AgPDMS。将AgPDMS填充物至模具中与模具上表面平齐，加热固化AgPDMS。如图11(a)步骤Ⅳ所示。
(4)顶层10制作：在加热固化AgPDMS的介电泳捕获部1的模具表面倾倒一层PDMS并固化作为芯片顶部。如图11(a)步骤Ⅴ所示。PDMS顶层将于AgPDMS通过PDMS的化学键自然键合在一起，然后将PDMS-AgPDMS层脱模揭下，如图11(a)步骤VI所示。
第二是微井收集部2和裂解埋层电极部3的加工流程：
(5)微井收集部2制作：通过SU8匀胶(spincoating)、前烘(softbake)、曝光(exposure)、后烘(postexposebake)、显影(development)、坚膜(hardbake)等过程获得微井收集部2的模具，在模具表面倾倒一层PDMS并在匀胶机上甩胶以严格控制微井收集部2和裂解埋层电极部3之间薄膜的厚度，如图11(b)步骤I-Ⅱ所示。
(6)裂解埋层电极部3制作：通过SU8匀胶(spincoating)、前烘(softbake)、曝光(exposure)、后烘(postexposebake)、显影(development)、坚膜(hardbake)等过程获得裂解埋层电极部3的模具，在模具表面固化一层PDMS，固化后将这一结构从模具上脱模揭下，如图11(b)Ⅲ-Ⅴ所示。
(7)微井收集部2与裂解埋层电极部3键合：微井收集部2甩胶完成后不脱模，待裂解电极部3倒模完成并脱模后，微井收集部2与裂解埋层电极部3键合，为PDMS-PDMS等离子键合，完成后整体脱模；然后再将该结构与玻璃片键合，为玻璃-AgPDMS等离子键合，如图11(b)步骤Ⅳ-Ⅶ所示；
第三是器件的整体键合与封装：
(8)器件整体键合：将脱模后的介电泳捕获部1打孔形成出入口，然后将介电泳捕获部1和脱模后的微井收集部2与裂解埋层电极部3的整体键合，这一过程需要等离子清洗机将两结构需要键合的表面进行等离子体处理，并使用体视镜将介电泳捕获部1的流道与微井17对准，进而将两结构接触按压形成键合。
(9)使用绝缘材料PDMS填充窄沟道16，优选未固化的PDMS。PDMS经过毛细作用填充窄沟道后进行加热固化，绝缘的同时封闭了流道前后多余的出口。
(10)将导线与双层结构电极5向外的侧壁相连，并通过导电银胶形成机械固定和电学连接。
本实施例使用上述实施方式所得的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片进行细胞和微珠捕获效果测试，具体步骤如下：
(1)连接电路。将示波器和信号发生器与芯片引出的正负极导线连接。
(2)制备缓冲溶液。制备300mM甘露醇水溶液，用电导率为1.6×104μs/cm的PBS磷酸缓冲液调节电导率至100μs/cm，过滤，作为细胞和微珠缓冲溶液。
(3)制备细胞溶液。将培养的细胞收集并用Calcien-AM染色剂染色10min，方便观察，离心清洗后加入甘露醇水溶液，得到细胞浓度为5×107个/ml的溶液。
(4)制备微珠溶液。用甘露醇水溶液将直径为15μm的编码微珠稀释至浓度为2.54×106个微珠/ml的溶液。
(5)细胞和微珠捕获。将制备好的细胞溶液与微珠溶液按1:1的体积比混合，然后将细胞和微珠混合溶液以0.03ml/h的流速通过入口9注入流道13，如图9所示。加电15Vpp后，通过流体和负介电泳作用使微珠沿着所述下层长条状薄层7的侧壁移动并被下层捕获凹槽15捕获，每个下层捕获凹槽15捕获一个微珠；同时，通过流体和正介电泳作用使细胞沿着所述上层长条状薄层6的侧壁移动并被上层捕获凹槽14捕获，每个上层捕获凹槽14捕获一个细胞。待所有上层捕获凹槽14和所有下层捕获凹槽15分别填满细胞和微珠后，停止注入细胞和微珠混合溶液，并冲洗掉流道中多余的未在上层捕获凹槽14和下层捕获凹槽15中的细胞，然后停止介电泳激励，从而使细胞和微珠分别通过重力作用沉降至所述微井收集部2的微井17里，如果在冲洗过程中造成微井17中的微珠或细胞被冲出来而导致微井17未被细胞和微珠填满则继续按上述方法通入细胞和微珠混合溶液并重复捕获操作直至填满，在微井17里细胞和微珠完成一对一配对收集。
(6)加电裂解。将示波器和信号发生器相连，并将双层结构电极5的两级同时连接示波器的正极，作为裂解信号电极21，再将裂解埋层电极部3的两条液体电极通道11中填充的液体电极连接示波器的负极，作为裂解接地电极22，如图10所示。从入口9将氟化油20注入流道13，当氟化油20充满流道13后停止注入，从而密封微井17将不同微井17中的物质隔离，防止交叉污染。加电30Vpp持续25秒使细胞完全裂解，将芯片静置一小时以便mRNA释放和微珠结合。然后将芯片翻转并从入口9向流道13注入缓冲溶液，使微珠通过重力脱离微井进入流道中并随液体流动，以便在出口8收集连接有mRNA附着的微珠。
实施例2
本发明提出的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其完整结构如图1所示。除上层长条状薄层6的侧壁为直线形外，其余结构与实施例1相同，如图3所示。加工过程与实施例1相同。
本实施例使用上述实施方式所得的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片进行细胞和微珠捕获效果测试，具体步骤如下：
(1)连接电路。将示波器和信号发生器与芯片引出的正负极导线连接。
(2)制备微珠和细胞缓冲溶液。制备300mM甘露醇水溶液，用电导率为1.6×104μs/cm的PBS磷酸缓冲液调节电导率至100μs/cm，过滤，作为微珠缓冲溶液。将PBS溶液过滤，作为细胞缓冲溶液。
(3)制备细胞溶液。将培养的细胞收集并用Calcien-AM染色剂染色10min，方便观察，离心清洗后加入PBS细胞缓冲溶液，得到细胞浓度为5×107个/ml的溶液。
(4)制备微珠溶液。用微珠缓冲溶液将直径为15μm的编码微珠稀释至浓度为2.54×106个微珠/ml的溶液。
(5)细胞和微珠捕获。如图7所示，将微珠以0.03ml/h的流速通过入口9注入流道13，加电13Vpp后，通过流体和负介电泳作用使微珠沿着所述下层长条状薄层7的侧壁移动并被下层捕获凹槽15捕获，每个下层捕获凹槽15中捕获一个微珠。待所有下层捕获凹槽15均填满微珠后停止注入微珠，并冲洗掉流道中多余的未在下层捕获凹槽15中的微珠，然后停止介电泳激励，从而使微珠通过重力作用沉降至所述微井收集部2的微井17里，如果在冲洗过程中造成微井17中的微珠被冲出来而导致微井17未填满则继续按上述方法通入微珠溶液并重复捕获操作直至填满。如图8所示，将细胞以0.03ml/h的流速通过入口9注入流道13，加电15Vpp后，通过流体和负介电泳作用使细胞沿着所述下层长条状薄层7的侧壁移动并被下层捕获凹槽15捕获，每个下层捕获凹槽15中捕获一个细胞。待所有下层捕获凹槽15均填满细胞后停止注入细胞，并冲洗掉流道中多余的未在下层捕获凹槽15中的细胞，然后停止介电泳激励，从而使细胞通过重力作用沉降至所述微井收集部2的微井17里，如果在冲洗过程中造成微井17中的细胞被冲出来而导致微井17未填满则继续按上述方法通入细胞溶液并重复捕获操作直至填满，在微井17里细胞和微珠完成一对一配对收集。
(6)加电裂解。此步骤与实施例1加电裂解步骤相同。

Claims (7)

1.一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，包括自上而下依次组合在一起的介电泳捕获部（1）、微井收集部（2）、裂解埋层电极部（3）；所述微井收集部（2）为长方体薄层，位于介电泳捕获部（1）的下方并上下对齐；所述裂解埋层电极部（3）为长方体薄层，位于微井收集部（2）下方并上下对齐，裂解埋层电极部（3）的上表面具有两条内凹的液体电极通道（11）；
所述介电泳捕获部（1）由顶层（10）和位于其下方的电极-流道层（12）构成；所述的电极-流道层（12）具有一对位于顶层（10）下方、且关于沿顶层（10）长度方向且经过顶层（10）的宽度中点的对称轴（4）相对称的双层结构电极（5）；对称的双层结构电极（5）的每个电极由上下叠放的两层长条状薄层构成，长条状薄层沿着对称轴（4）方向平行延伸，与顶层（10）长度相同；
所述对称的双层结构电极（5）之间所夹空隙形成流道（13）；所述对称的双层结构电极（5）的上层长条状薄层（6）相对于下层长条状薄层（7）向流道（13）内伸出；所述下层长条状薄层（7）面向流道（13）的侧壁修饰有周期性的下层捕获凹槽（15）；所述上层长条状薄层（6）面向流道（13）的侧壁为直线型或者修饰有周期性上层捕获凹槽（14）；
所述电极-流道层（12），从出口和入口分别沿流道（13）平行方向延伸出通向外部的窄沟道（16）；窄沟道（16）、出入口和流道（13）组成的空隙将对称放置的双层结构电极（5）彻底分隔绝缘；
微井收集部具有两列周期性从上表面内凹、并沿流道（13）方向延伸的微井（17）；微井（17）与所述介电泳捕获部（1）的下层捕获凹槽（15）一一对应；当所述介电泳捕获部的上层长条状薄层（6）面向流道（13）的侧壁为直线型时，所述下层捕获凹槽（15）在流道深度方向上的投影完全包含在微井（17）的底面中；微井（17）底面整体形状能够容纳下一个微珠和一个细胞，微井（17）底面大于下层捕获凹槽（15）投影的部分向流道中心延伸，并且不受下层长条状薄层（7）在流道深度方向上的投影遮挡；当所述介电泳捕获部的上层长条状薄层（6）面向流道（13）的侧壁修饰有周期性上层捕获凹槽（14）时，所述下层捕获凹槽（15）和上层捕获凹槽（14）在流道深度方向上的投影均完全包含在微井（17）的底面中；微井（17）底面整体形状能够容纳下一个微珠和一个细胞，并且不受下层长条状薄层（7）在流道深度方向上的投影遮挡，以防止该投影遮挡阻碍微珠的回收。
2.根据权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，所述两条液体电极通道（11）沿薄层长度方向并贯通；所述两条液体电极通道（11）分别位于两列所述微井（17）的正下方，且液体电极通道（11）的宽度和微井（17）宽度相同；所述两条液体电极通道（11）内充高电导率液体形成两条液体电极。
3.按照权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，所述介电泳捕获部（1）的双层结构电极（5）的外侧分别连接捕获激励信号（18）和捕获接地信号（19）；当所述介电泳捕获部（1）的上层长条状薄层（6）面向流道（13）的侧壁为直线形时，在捕获过程中，首先由所述下层长条状薄层（7）的下层捕获凹槽（15）通过负介电泳作用捕获微珠，捕获后停止介电泳激励通过重力作用使微珠沉降至所述微井收集部（2）的微井（17）中；通过所述下层长条状薄层（7）的下层捕获凹槽（15）通过负介电泳作用捕获细胞，捕获后停止介电泳激励通过重力作用使细胞沉降至所述微井收集部（2）的微井（17）中与微珠形成一对一配对收集。
4.按照权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，所述介电泳捕获部（1）的双层结构电极（5）的外侧分别连接捕获激励信号（18）和捕获接地信号（19）；当所述介电泳捕获部（1）的上层长条状薄层（6）面向流道（13）的侧壁修饰有周期性上层捕获凹槽（14），在捕获过程中，将微珠和细胞的混合样品通入流道（13），由所述上层长条状薄层（6）的上层捕获凹槽（14）通过正介电泳作用捕获细胞，由所述下层长条状薄层（7）的下层捕获凹槽（15）通过负介电泳作用捕获微珠，捕获后停止介电泳激励，通过重力作用使细胞和微珠沉降至所述微井收集部（2）的微井（17）中形成一对一配对收集。
5.按照权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，工作在裂解模式时，由所述介电泳捕获部（1）的双层结构电极（5）和裂解埋层电极部（3）的液体电极分别连接裂解信号电极（21）和裂解接地电极（22）。
6.按照权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于所述介电泳捕获部（1）顶层（10）采用绝缘透明材料；所述介电泳捕获部（1）的双层结构电极（5）采用导电材料；微井收集部（2）采用绝缘透明材料；裂解埋层电极部（3）采用绝缘透明材料。
7.按照权利要求1所述的一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片，其特征在于，所述的介电泳捕获部（1）、微井收集部（2）、裂解埋层电极部（3）均采用一步成型的倒模工艺实现；当采用导电聚合物和PDMS分别加工双层结构电极（5）和芯片其余部分时，工艺过程如下：
步骤1，模具的加工：通过光刻加工多层SU-8结构，分别制备成一体化介电泳捕获部（1）、微井收集部（2）、裂解埋层电极部（3）所需的模具；
步骤2，将介电泳捕获部（1）的模具填充介电泳捕获部（1）的电极-流道层（12）的材料，选AgPDMS填充物，通过研磨使得AgPDMS 填充物与模具上表面平齐，并加热固化AgPDMS；
步骤3，在带有加热固化的AgPDMS填充物的模具表面固化一层介电泳捕获部（1）的顶层（10）所需的材料；加热固化后的介电泳捕获部（1）的顶层（10）与前述步骤中成型的介电泳捕获部（1）的电极-流道层（12）自然键合成为一体，从模具上揭下，并在出入口打孔；
步骤4，微井收集部（2）的模具在匀胶机上旋涂倒模材料并固化形成微井收集部（2），用来捕获细胞和微珠；
步骤5，裂解埋层电极部（3）采取将裂解埋层电极部（3）的模具倒模的方式形成；
步骤6，执行完步骤4后不脱模，待裂解埋层电极部（3）倒模完成并脱模后，微井收集部（2）与裂解埋层电极部（3）键合，完成后整体脱模；
步骤7，将步骤3中得到的介电泳捕获部（1）结构与前述步骤中成型的微井收集部（2）与裂解埋层电极部（3）整体等离子键合在一起，为AgPDMS-PDMS键合；
步骤8，使用绝缘材料填充介电泳捕获部（1）电极-流道层（12）的窄沟道（16）。
CN202210626359.4A 2022-06-02 2022-06-02 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片 Active CN115007231B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210626359.4A CN115007231B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210626359.4A CN115007231B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115007231A CN115007231A (zh) 2022-09-06
CN115007231B true CN115007231B (zh) 2023-06-27

Family

ID=83073650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210626359.4A Active CN115007231B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115007231B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024073585A2 (en) * 2022-09-30 2024-04-04 Mekonos, Inc. Systems and methods for single-cell trapping via dielectrophoresis
DE102022211089A1 (de) * 2022-10-19 2024-04-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kombinierte Zellspezifische Markierung und Anreicherung von Biomarkern
CN116731844B (zh) * 2023-08-10 2023-11-03 北京齐碳科技有限公司 检测微结构、单元、单元阵列以及芯片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108977343B (zh) * 2018-09-04 2022-03-29 哈尔滨工业大学 基于介电泳原理的用于细胞分离与捕获的微流控芯片
CN109456874B (zh) * 2018-10-16 2021-03-09 上海交通大学 一种细胞双向介电泳单细胞操控微流控芯片
CN211005390U (zh) * 2019-10-27 2020-07-14 苏州济研生物医药科技有限公司 一种单细胞微流控检测芯片
CN111733056B (zh) * 2020-06-18 2022-09-27 水熊健康科技(南通)有限公司 集成循环肿瘤细胞分离及单细胞免疫印迹的微流控芯片
CN112094742B (zh) * 2020-08-21 2022-07-12 北京化工大学 细胞电穿孔转染与活细胞分选同步实现的微流控芯片

Also Published As

Publication number Publication date
CN115007231A (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115007231B (zh) 一种用于细胞-微珠捕获配对的微流控芯片
Nasiri et al. Microfluidic‐based approaches in targeted cell/particle separation based on physical properties: fundamentals and applications
CN109456879B (zh) 用于细胞分选与聚焦的介电泳微流控芯片及其免对准微加工方法
Zhang et al. Tunable particle separation in a hybrid dielectrophoresis (DEP)-inertial microfluidic device
CN110628568B (zh) 用于高通量连续流细胞分离的滑轨式介电泳电极结构
Nilsson et al. Review of cell and particle trapping in microfluidic systems
US8895292B2 (en) Microfluidic chip devices and their use
Hassanpour Tamrin et al. Label-free isolation of exosomes using microfluidic technologies
US7135144B2 (en) Method for the manipulation of a fluid sample
Chen et al. A microfluidic device for rapid concentration of particles in continuous flow by DC dielectrophoresis
CN109913352B (zh) 一种基于非接触式介电电泳力操控捕获微颗粒和细胞的微流控装置及方法
CN112094742B (zh) 细胞电穿孔转染与活细胞分选同步实现的微流控芯片
US20170088880A1 (en) Device and Method for Processing a Biological Sample and Analysis System for Analyzing a Biological Specimen
CN103620398A (zh) 用于施加连续电场的装置和方法
Bayareh Active cell capturing for organ-on-a-chip systems: A review
Valijam et al. Influence of the obstacles on dielectrophoresis-assisted separation in microfluidic devices for cancerous cells
TWI274159B (en) 3-D dielectrophoresis chip and the manufacturing method thereof
WO2004008132A1 (ja) 生体分子分離セル及びその製造方法並びにｄｎａ分取装置
Al-Ali et al. A microfluidic platform with castellated electrodes to separate cancer cells from blood cells
JP3979919B2 (ja) 生体高分子解析方法及び装置
Mohamed Use of microfluidic technology for cell separation
Chai et al. Capillarity Enabled Large‐Array Liquid Metal Electrodes for Compact and High‐Throughput Dielectrophoretic Microfluidics
Dura et al. Microfluidic systems for cell pairing and fusion
Zhou et al. A magnetic field enhanced microfluidic device for precise particle separation
De los Santos Ramírez Geometry optimization and prediction of voltage requirements for particle trapping in EK-driven insulator-based microfluidics

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant