[发明专利]一种能实现细胞中心位置聚焦和检测的微流控芯片

说明书

本发明公开一种能实现细胞中心位置聚焦和检测的微流控芯片，该芯片由PDMS层、玻璃基底层和PCB板依次对准封装而成，PDMS层表面设有流道，所述流道由入口、突扩结构流道、检测流道、出口组成；突扩结构流道由与基底平行的矩形突扩结构和与基底垂直的矩形突扩结构组成，检测流道段的两侧设置有三对液体电极，利用PCB板上的信号接口接入相应模式的电源，对细胞进行直流模式和交流模式的电阻抗测量，本发明集成了细胞的中心位置聚焦和检测功能，使得细胞经过三维突扩结构能在流道中心位置聚焦，降低细胞聚焦位置的变化对细胞检测的影响，能进行多模式的电阻抗测量，可广泛应用于CTCs、血细胞等稀有细胞的生物学研究和疾病的早期诊断。

技术领域

本发明属于微流控芯片领域，具体涉及三维突扩结构芯片中生物粒子的中心位置聚焦以及后续的电阻抗测量技术。

背景技术

近年来，随着一些领域的研究对象越来越微观化，微流控芯片的制造技术也在不断地发展。微流控芯片的制造技术主要有光刻技术和刻蚀技术、模塑法、软刻蚀、热压法、激光切蚀法、LIGA技术等。光刻技术是利用光刻胶、掩模和紫外光进行微加工的技术；刻蚀技术包括干刻、湿刻和等离子刻蚀技术，适用于硅、玻璃和石英等容易被化学试剂腐蚀的基片；模塑法、软刻蚀、热压法、激光切蚀法等技术主要适用于高分子聚合物，例如PDMS等。因此，根据上述芯片的加工技术，想要制造出具有三维突扩结构的微流控芯片是可行的。

微流控芯片因具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道，已经成为单细胞研究的一种重要技术平台。近年来，出现了一些表征单细胞生物物理特性的微流控器件，如测量细胞质量（密度）的微通道谐振器、分析细胞机械性能的光延伸器和微管吸吮等，然而这些技术需要繁琐的加工过程、检测通量低、系统组成复杂，且需要昂贵的专业设备支持。因此，单细胞电阻抗测量技术引起了广泛关注。根据测量频率的特点，现有的微流控细胞电阻抗检测技术主要分为静态扫频测量和动态测量。静态扫频测量时将细胞固定在检测电极附近，通过施加不同频率的交流电信号，测量得到细胞的宽频阻抗谱。这种方法虽然能够获取准确的细胞电学特性，但检测耗时较长，且无法表征细胞的实时状态。动态单频测量能够实现细胞流动态的高通量检测，但因测量的频率有限，无法获得完整的细胞阻抗谱。已有将微流控芯片与电阻抗技术相结合的实验平台，但是该技术的有效实施很大程度上依赖细胞在微流控芯片内聚焦的位置，测量出来的结果具有不可避免的误差，且只能进行单一模式的检测。将能实现细胞中心位置聚焦的微流控芯片与单细胞多模式电阻抗测量技术结合，能有效的克服上述技术的局限。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种微流控芯片，该芯片利用特殊的三维突扩结构，即水平方向上的突扩结构和垂直方向上的突扩结构，使粒子在流道的中心位置聚焦，降低细胞的聚焦位置对后续细胞的电阻抗技术的影响，以及多模式的电阻抗检测方式，能够实现细胞的高通量、动态多频检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种能实现细胞中心位置聚焦和检测的微流控芯片；所述芯片由PDMS层、基底层、和PCB板层依次对准封装而成；芯片表面设有流道，所述流道由入口、直流道、出口组成；其中直流道分为突扩结构流道区域与检测流道区域，突扩结构流道由水平方向的突扩结构和垂直方向的突扩结构交替形成，突扩结构的截面为矩形，所述突扩结构流道的水平突扩结构与整个直流道以及垂直突扩的上半部分，利用软光刻技术，根据设计好的掩模经过曝光后得到具有一定厚度的水平突扩结构和整个直流道，再在该光刻胶上旋涂具有特定厚度的光刻胶，与之前曝光过后的结构对准，使用特定的掩模，得到具有特定厚度的垂直突扩结构的上半部分；垂直突扩结构的下半部分，利用刻蚀技术在基底层上刻蚀得到；在基底层上加工得到电极，选择聚合物图层材料，以最大限度的减小电极的双电层作用的影响，与流道构成缩进的结构，以降低电极电场的不均匀性的影响；所述的PCB板上加工有三个电极结构的各个输出端和输入端，以便不同模式信号的同时输入和输出；各个输出输入端与电极之间通过铜线和特定的能传导信号的金属架子连接起来，构成信号激励电极和信号响应电极。

本发明具有的有益效果是：