[发明专利]一种分离式微米级粒子自动组装、分选器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于介电泳电动效应的分离式微流控器件及其制作方法，尤其涉及一种分离式微米级粒子自动组装、分选器件及其制作方法。

背景技术

在过去的十多年内，面向生物应用的微型化器件发展迅速，克服了传统医疗器械设备体积大、反应时间长、样品消耗量多等弊端。随着微加工技术的进步，芯片上的实验室成为了可能，大量的新功能器件涌现而出，实现了对细胞、病毒、微粒、微纳米粒子以及DNA、蛋白质等大分子的多种操作，例如捕获、排列、分选、图形化、表征及提纯等，这些微操纵功能的实现对诊断和临床应用有着非常重要的意义。报道的芯片功能主要可分为以下四类：第一类是基于传统机械微孔/微槽结构槽技术的芯片，这一类器件芯片易堵塞、精度低、功能局限，目前使用较少；第二类是基于流体惯性效应的芯片，该类芯片精度低、可控性差，需要配合其他方法提高效率；第三类时基于生化载体方法的芯片，目前虽在生化领域使用广泛，不过存在特异性强、操作繁琐、成本高昂等问题。相比而言，第四类利用外加电、声、磁、光场强的单场/多场分选技术更具有优势。以介电泳为例，基于介电泳效应的器件具有高效率、高精度及易集成等优点，近年来得到了广泛的应用。但是此类芯片电极与流道结构一体化，一方面制作加工以及键合工艺复杂，加工成本较高，不能够重复利用；另一方面电机形式的固定使得芯片的功能单一，使用局限；同时电极与目标对象的接触会对部分生物性质产生影响，造成损伤。

发明内容

技术问题：本发明提供一种实现多种不同尺寸微米级生物粒子的图形化与分选，并可实现电场作用力的可控能动调节及处理后样品回收应用的分离式微米级粒子自动组装、分选器件，同时提供一种该器件的制作方法。

技术方案：本发明的分离式微米级粒子自动组装、分选器件，由双层芯片堆叠组合而成，包括上层的流道层芯片、下层的电极层芯片、设置在所述上下层之间并将两者附着贴合的低电导率液滴层。流道层芯片由基片和底面薄膜键合封装而成，所述基片的材质为聚二甲基硅氧烷、特氟龙、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃中的一种，所述底面薄膜采用厚度小于微米的有机聚合物薄膜、天然云母薄膜、玻璃薄膜或石英薄膜。

本发明器件的一种优选方案中，流道层芯片的基片中，功能区域采用直流道形式，并与电极层芯片中的图案电极成夹角设置。

本发明器件的一种优选方案中，电极层芯片采用氧化铟锡导电玻璃微加工工艺、金属微电极加工工艺或印制电路板工艺制备。

本发明器件中，电极层芯片中的图案电极上施加的信号为高频交流正弦电信号。

本发明制备上述器件的方法包括以下步骤：

(1)通过微加工技术制作流道层芯片的基片；

(2)首先旋涂平整的聚二甲基硅氧烷薄膜，然后用基片的底面蘸取所述聚二甲基硅氧烷薄膜，形成粘附层，并用所述粘附层将基片粘附在底面薄膜上表面，最后加热键合固化，得到流道层芯片；

(3)在电极层芯片的上表面滴入低电导率液滴，然后将流道层芯片贴合固定在低电导率液滴上。

本发明方法的一种优选方案中，步骤(1)中，还在制作出的基片的样品入口处和分选出口处打孔。

本发明中，粒子样品液以及缓冲液通过外部流体驱动设备以特定流速分别由样本液入口和缓冲液入口注入，当流速较大的情况下可以实现粒子的分选，具体原理为：在夹流作用下粒子汇集于功能区域的中间部分，借助下方电极层芯片产生的非均匀电场，在动电力学(介电泳)作用力下不同材质与尺寸的粒子将发生不同程度的偏转流后入不同的样品出口。相同材质的情况下，尺寸较大的粒子受到的介电泳作用力较大，偏转角度大，流入边缘出口，尺寸较小的粒子受到的介电泳作用力较小，偏转角度小，流入位于中间的出口；同时，不同材质粒子受到的介电泳作用方向不同，其中受到正介电泳作用的粒子向一侧壁面偏转而受到负介电泳作用的粒子向流速另一侧壁面偏转。在入口流速较小或是静止流体中，粒子可实现图案化阵列：与分选原理相似，受到负介电泳作用的粒子链状排布于电极形状正上方，受到正介电泳作用的粒子链状排布于电极间隙正上方。此情况下流道结构只起蓄积样品液的作用，实际应用中亦可采用敞口式蓄液池或任意形状腔道。本发明中电极层芯片与流道层芯片采用分离式设计，在使用时需要在两层间滴附低电导率液滴层保证接触贴合性，该设计还可实现流道结构与电极间相对位置的能动调节，从而调控粒子受到的介电泳力大小或方向。根据粒子与操纵功能的不同，在底部电极层芯片上施加不同的电信号并调节分选样品进入流道的流速大小，实现多种粒子的分选或图形化组装。