CN209276499U - 一种用于高通量分离微颗粒的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

一种用于高通量分离微颗粒的微流控芯片，属于生化检测领域，包括由上至下依次设置的上底板，密封层，基板和下底板，所述上底板设置有进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔为贯通上底板的通孔，所述密封层设置有镂空区域，所述上底板的进液孔与出液孔位置与所述密封层的镂空区域重合，所述基板设置有密排的微孔阵列，所述密封层的镂空区域和所述基板的微孔阵列重合。所述上底板，密封层，基板，下底板的四周均设置有位置重合的定位孔。所述上底板，密封层，基板和下底板夹合后，形成流体通道。机械夹合结构可以大大减少微流控芯片在高压力，大温度变化下的泄漏问题。其次，该芯片结构易于组装，方便拆分。在各层材料清洗后，可反复使用该芯片。

Description

一种用于高通量分离微颗粒的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及生物分析，物理研究，化学检测，和医疗诊断领域，具体涉及的是一种用于高通量分离单个微颗粒的微流控芯片。

背景技术

鉴于生物体中细胞的各异性，单个细胞往往显示出与群体细胞不同的表型。由此发展起来的单细胞分析是用于在单细胞层面上研究基因组学，转录基因组学，蛋白组学和代谢组学的方法。单细胞分析可以揭示单个细胞特有的性能以及形成该性能其内在特定的机制，从而越来越受到生物研究领域和医疗领域的重视，并对病理研究，临床诊断和疾病治疗起着不可忽视的推动作用。

大多数的单细胞分析需要对于细胞进行分离，把群体细胞分离成单个的分散细胞，再进行后续分析。常用的单细胞分离方法包括：多次溶液稀释，荧光活化细胞分选系统，显微微操作手动分离，激光镊子分离，和微流控分离。其中，微流控分离可以实现高通量的单细胞分离。目前，主要有两种基于微流控的分离方式：单细胞液滴分离和单细胞微孔分离。相对于单细胞液滴分离方式，单细胞微孔分离解决了水油液滴成型不稳定的问题，并且可以在大尺度上快速的获得高通量的分散的单个细胞。单细胞微孔分离微流控系统一般是以有微孔阵列的硅胶，塑料，或玻璃做为基底的多层硅胶结构，往往制造过程复杂，成本高。而且，由于常用来结合多层硅胶结构的是不可逆的化学结合方式或者热结合方式，使得上述微流控系统一般难以反复拆分使用。即使上述微流控系统被拆分并重复结合，也很容易在流体压力和温度变化下造成结合处分裂从而导致液体泄漏，影响微流控系统的功能。

实用新型内容

为了解决现有技术中微流控系统制造过程繁琐，耗材成本高，不能反复多次使用和高泄漏的技术问题，本实用新型针对现有的单细胞微孔微流控分离系统设计了一种新型夹层式结构，简化后续微流控系统的操作。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于高通量分离微颗粒的微流控芯片，包括由上至下依次设置的上底板，密封层，基板和下底板，所述上底板设置有进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔为贯通上底板的通孔，所述密封层设置有镂空区域，所述上底板的进液孔与出液孔位置与所述密封层的镂空区域重合，所述基板设置有密排的微孔阵列，所述密封层的镂空区域和所述基板的微孔阵列重合。所述上底板，密封层，基板，下底板的四周均设置有位置重合的定位孔。所述上底板，密封层，基板和下底板夹合后，形成流体通道。

其中所述密封层的镂空区域定义了微流控芯片的通道形状和尺寸。所述上底板的下表面形成通道的上顶面，所述基板的上表面形成通道的下底面。所述上底板的进液孔、出液孔与通道区域连接，构成连通的流道。

所述上底板还设置有进液端口和出液端口，所述进液孔设置在进液端口内，所述出液孔设置在出液端口内。所述上底板的进液端口和出液端口可以盛接微量液体，使液体不会因为体量过多而在芯片表面流失。

所述上底板的进液孔和出液孔横截面呈圆形。

所述进液孔位于通道的一端，所述出液孔位于通道的另一端。

所述密封层的镂空区域的高度为100-500微米。

所述基板的微孔阵列中的微孔可为无序密排，也可以为有序六方密排和十字密排。

所述微孔可以为圆形或者为正六边形。

所述微孔直径为20-50微米，深度为20-50微米。

所述上底板，密封层，基板，下底板的四周可有位置重合的定位孔，可用于螺纹连接。通过螺丝和螺母的拧合来夹合微流控芯片的多层结构，利用由此产生的机械力密合微流通道。同时，该微流控芯片也可以拆分，再通过清洗，比方，超声清洗，各层结构后，重复使用。

所述基板的面积可以小于上底板和下底板，但是要大于密封层的中间镂空区域。通过机械力的夹合，同样可以在上底板，密封层和基板之间形成密封流体通道。

所述密封层可以有多于一个的镂空区域，于此相对应的上底板可以有多于一对的进液孔和出液孔，在多层结构密合后形成多个流体通道。

有益效果

本实用新型用于高通量微颗粒分离的芯片采用机械夹合结构形成密封流体通道，相比传统方式具有如下效果。首先，机械夹合结构可以大大减少微流控芯片在高压力，大温度变化下的泄漏问题。其次，该芯片结构易于组装，方便拆分。在各层材料清洗后，可反复使用该芯片。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于高通量单细胞分离的微流控芯片的组合示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于高通量单细胞分离的微流控芯片的上底板示意图；

图3为本实用新型实施例提供的用于高通量单细胞分离的微流控芯片的密封层示意图；

图4为本实用新型实施例提供的用于高通量单细胞分离的微流控芯片的基板示意图；

图5为本实用新型实施例提供的用于高通量单细胞分离的微流控芯片的下底板示意图；

其中，100–上底板，101–进液端口，102–出液端口，103–进液孔，104–出液孔，200–密封层，201–镂空区域，300–基板，301–微孔阵列，400–下底板，5-定位孔。

具体实施方式

实施例1

参照图1，用于高通量分离微颗粒的微流控芯片结构由上而下包括上底板100，密封层200，基板300和下底板400。上底板100，密封层200，基板300和下底板400在其四周均设置有位置重合的贯穿每层材料的定位孔5，通过螺丝固定。所述上底板100，密封层200，基板300和下底板400夹合后，形成流体通道。

参照图2，上底板100的上表面设置有进液孔103和出液孔104。其中优选还可以设置有进液端口101和出液端口102，在所述进液端口101中设置有进液孔103，出液端口102中设置有出液孔104。所述进液端口101和出液端口102可以盛接少量的液体，减少样品由于过量而在表面溢流造成流失。进液孔103和出液孔104构成组合的微流控芯片流体通道的进出孔。所述进液孔103和出液孔104的横截面为圆形。

上底板100的材料可为玻璃，石英或有机聚合物。有机聚合物如聚氨酯，聚乙烯(polyethylene，PE)，聚丙烯(polypropylene，PP)，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，聚碳酸酯(polycarbonate，PC)，环烯烃共聚物(cycloolefincopolymer，COC)，聚苯乙烯(polystyrene，PS),丙烯酸，环氧树脂，橡胶，氟塑料等中的一种或几种。

参照图3，密封层200的中间设置有一个镂空区域201。所述镂空区域201和上底板100的进液孔103和出液孔104重合，并在组合的微流控芯片中定义了流体通道的形状和尺寸。密封层200可以为单层，也可以为多层叠合。单层密封层200的厚度为100-500微米。这样可以通过调节密封层200的层数而调控流体通道的高度。

密封层200材料可为：有机聚合物。有机聚合物如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxa ne，PDMS)，聚氨酯，聚乙烯(polyethylene，PE)，聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC)，聚丙烯(polypropylene，PP)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)，橡胶，parafilm石蜡膜等中的一种或几种。

参照图4所示，基板300的中间是微孔阵列301。微孔阵列301中的微孔可以为圆形或者正六边形，呈无规则密排或者有规则密排，比如图1中放大图所示六方密排或者十字方密排。微孔直径优选为20-50微米，深度为20-50微米。

在另一实例中，基板300的面积也可以小于上底板100的面积，但是大于密封层200的中间镂空区域201的面积。在这种情况下，通过机械力的夹合，同样可以在上底板100，密封层200和基板300之间密封中间镂空区域201形成密封流体通道。

所述基板300的材料为硅胶。

参照图5所示，下底板400与上底板100，密封层200，基板300上的定位孔5共同用于螺丝的固定。同时，下底板400可以做为基板300的支撑，即使基板300的面积小于上底板100的面积，也可以实现微流控芯片的组合。

所述下底板400的材料可为玻璃，石英或有机聚合物。有机聚合物如聚氨酯，聚乙烯(polyethylene，PE)，聚丙烯(polypropylene，PP)，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，聚碳酸酯(polycarbonate，PC)，环烯烃共聚物

(cycloolefincopolymer，COC)，聚苯乙烯(polystyrene，PS),丙烯酸，环氧树脂，橡胶，氟塑料等中的一种或几种。

上底板100，密封层200，基板300和下底板400夹合后，形成密封的流体通道。密封层200的中间镂空区域201定义了微流控芯片流体通道的形状和尺寸。上底板100的下表面形成流体通道的上顶面，基板300的上表面包含微孔阵列301形成流体通道的下底面。上底板100的进液孔103在流体通道的一端，出液孔104在流体通道的另一端，构成连通的流道。同时，密封层200的厚度和层数可用来调控流体通道的高度。

在下底板400的定位孔5插入螺丝，以螺丝头在下底板400的下表面以下，作为微流控芯片的支撑点。把基板300，密封层200由下而上依次调整对齐，使得密封层200的中间镂空区域盖住基板300，无空隙产生。然后装上上底板100，并用螺母和螺丝配合夹合多层结构。

该组合的微流控芯片可以拆分，通过清洗，比方，超声清洗，各层结构来移除表面残余物质后，再次组装重复使用。

实施例2

本实用新型用高通量单细胞分离微流控芯片在微孔阵列上获得单细胞分离。在往微流控芯片中灌注细胞悬液前，需对微流控芯片进行前处理，移除芯片内气泡并改进芯片表面。将前处理所需液体灌注入微流控芯片。可以直接从进液端口101加压灌入液体，也可以将液体存在进液端口101，从出液端口102用负压抽取，使液体进入流体通道。待流体通道中灌满液体，将芯片放入真空器中抽取真空15-20分钟以移除微孔阵列和流体通道中的残余气体，从而不影响后续液体流动。

所述前处理液体中可以含有少量表面活性剂或者蛋白以提高PDMS的亲水性和降低表面对于微颗粒的黏附性。

把细胞打散并稀释成单细胞悬液。将单细胞悬液加注到进液端口101，灌注入微流控芯片，并在显微镜下观察细胞在微孔内的分布，可见单个细胞被分入微孔阵列中。

Claims (10)

1.一种用于高通量分离微颗粒的微流控芯片，其特征在于：包括由上至下依次设置的上底板(100)，密封层(200)，基板(300)和下底板(400)；

所述上底板(100)设置有进液孔(103)和出液孔(104)，所述进液孔(103)和出液孔(104)为贯通上底板的通孔；

所述密封层(200)设置有镂空区域(201)，所述上底板(100)的进液孔(103)与出液孔(104)位置与所述密封层(200)的镂空区域(201)重合；

所述基板(300)设置有密排的微孔阵列(301)，所述密封层(200)的镂空区域(201)与所述基板(300)的微孔阵列(301)重合；

所述上底板(100)，密封层(200)，基板(300)，下底板(400)的四周均设置有位置重合的定位孔(5)；

所述上底板(100)，密封层(200)，基板(300)和下底板(400)夹合后，形成流体通道。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述上底板(100)还设置有进液端口(101)和出液端口(102)，所述进液孔(103)设置在进液端口(101)内，所述出液孔(104)设置在出液端口(102)内。

3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于：所述进液孔(103)和出液孔(104)的横截面为圆形。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述密封层(200)设置有一个或多个镂空区域(201)，所述上底板(100)设置有与镂空区域(201)数目一致的进液孔(103)和出液孔(104)，所述进液孔(103)和出液孔(104)分别位于不同通道的两端。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述密封层(200)为单层或多层。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于：所述单层的密封层(200)的高度为100-500微米。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述基板(300)的微孔阵列(301)的密排方式为无序密排、有序六方密排或十字密排中的一种。

8.根据权利要求1或7所述的微流控芯片，其特征在于：所述微孔阵列(301)中的微孔为圆形或正六边形，所述微孔的直径为20-50微米，所述微孔的深度为20-50微米。

9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述基板(300)的面积小于上底板(100)和下底板(400)，大于密封层(200)的镂空区域(201)的面积。

10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片通过上底板(100)，密封层(200)，基板(300)和下底板(400)上设置的定位孔(5)进行活动连接。