[发明专利]一种用于流式细胞仪的微流控芯片结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流式细胞仪的微流控芯片的结构及制备方法。

背景技术

流式细胞术是一种对处在液流中的细胞颗粒逐个进行自动分析和检测的技术。流式细胞仪（FCM）正是基于流式细胞术的基本原理，综合利用计算机技术、激光技术、机械力学、细胞化学、细胞免疫学等技术来实现细胞检测及分析功能的一种现代化生物医学仪器。其中样品聚焦是流式细胞仪的关键模块，整个聚焦过程是通过外力作用对样品液实现聚焦作用。但是整个系统体积庞大结构复杂价格昂贵，而微流控芯片技术的出现有望将细胞聚焦微型化，从而使整体系统微型化。

目前在微流控芯片上实现细胞聚焦的方法按有无鞘流液实现细胞聚焦分为两大类。一种是通过鞘流液聚焦的方式来实现细胞颗粒逐个通过检测区。比如文献：[1Golden JP,Kim JS,Erickson JS,Hilliard LR,Howell PB,Anderson GP,Nasir M,Ligler FS(2009)Lab Chip9:1942–1950；2Lee MG,Choi S,Park JK(2009).Lab Chip9:3155–3160；3Watkins N,Venkatesan BM,Toner M,Rodriguez W,Bashir R(2009).Lab Chip9:3177–3184]报道的直接使用鞘流液（2D或3D）同时对样品流形成包裹挤压作用，把样品流聚焦在通道中央处。参阅图1，传统的鞘流式微流控芯片利用外界注射泵从样品液入口1注入样品液，往鞘流液入口2注入鞘流液，然后样品液和另外两路鞘流液同时流到鞘流汇聚区3，鞘流液的挤压作用将样品液中的细胞颗粒包夹成线性排列流入鞘流通道18，而后通过检测区4，最后废液通过废液出口端5流出。该方法原理与传统的流式细胞仪的鞘流液聚焦的方式类似，通过引进鞘流液对样品液进行挤压包裹从而实现单个细胞颗粒流过检测区。该种方法引进鞘流液从而增加了整体液体的引入量，使得整个微流控芯片复杂化，同时也增加了引入样品液控制的难度。

另一种方法无需使用鞘流液，通过外界施加的场力或通道内流体产生的压力对细胞颗粒产生聚焦作用力从而实现聚焦作用使得细胞单个通过检测区。根据聚焦作用力的来源可以将无鞘流式聚焦方式分为主动式和被动式。主动式的聚焦方法如文献[4Shi J,Mao X,Ahmed D,Colletti A,Huang TJ(2008).Lab Chip8:221–223；5Chu H,Doh I,Cho Y(2009)Lab Chip9:686–691；6Zhu J,Xuan X(2009a)30:2668–2675]报道的分别通过人为外界引入声场、直流偏置交流电场等外界场力将细胞颗粒聚焦成单个排列，最终实现单个细胞颗粒通过检测区。由于该种方法需要从外界引入其他的场力，从而复杂化了整个聚焦系统的结构，同时增加了整个微流控芯片的制作难度。

被动式的样品聚焦方法如文献[7Aoki R,Yamada M,Yasuda M,Seki M(2009).Microfluid Nanofluid6:571–576；8Park J,Song S,Jung H(2009).Lab Chip9:939–948；9Di Carlo D,Irimia D,Tompkins RG,Toner M(2007)Proc Natl Acad Sci104:18892–18897]报道的分别利用流体分离后回流作用力、流体惯性升力与涡流效用作用力、惯性迪恩流升力等将细胞颗粒聚焦成单个排列，最终实现单个细胞颗粒通过检测区。由于该种方法无需引入鞘流液和外界场力从而芯片结构更加紧凑，但是该方法不仅需要对液体进行较精确的控制，而且细胞颗粒位置波动比较大而不利于后续光学检测，同时需要较大的样品量及较长的通道流通过程，而至整体微流控芯片体积较大。

无论上述哪类细胞颗粒聚焦方式都没有真正在微流控芯片上实现简易的细胞颗粒聚焦使细胞颗粒单个排列通过检测区，同时根据美国NASA研究表明鞘流液等液体压力作用的聚焦方式在微重力环境中将难于实现其颗粒稳定聚焦功能。专利公开号为US：2009/0042241A1的专利中采用了简易的缩口型的无鞘流细胞颗粒聚焦方式，虽然此种方式能够建议的实现细胞颗粒的聚焦，但是其使用通道为细小通道，容易因大颗粒杂质而引起流动通道的堵塞，最后使得整个芯片失效。因此在保证细胞排成单列逐个通过检测区而不影响检测结果准确性的前提下解决上述几个问题，需要对现有的微流控结构进行创新设计，使之能够实现细胞颗粒聚焦的功能同时具有防止细胞颗粒流动通道堵塞的作用，又便于加工制备，具有较好的经济性及实用性。

发明内容