[发明专利]超疏水微坑阵列芯片及其制备方法和装置

说明书

本发明提供一种超疏水微坑阵列芯片，所述芯片通过以下方法制备：通过一体注塑形成包括微坑阵列和超疏水涂层池的芯片，将超疏水涂料加入到超疏水涂层池中，所述超疏水涂料溶液挥发后在所述微坑阵列的微坑之间形成超疏水层，所述超疏水层是指其表面与水或水溶液的接触角大于150°、滚动角小于10°的疏水层，所述超疏水层使得各个微坑中水溶液之间有效的物理隔绝。本发明的芯片中微坑阵列的排列方式、微坑尺寸、深度等均可调节，并可以实现微坑阵列间的完全隔离继而能够避免微坑之间的交叉污染并保持很好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及细胞学技术领域，特别涉及超疏水微坑阵列芯片及其制备方法和装置。

背景技术

目前，微流控芯片的主要形式有微管道和微坑阵列。其中微坑阵列的微流控芯片以其通量高、实验操作集成化高以及能够节省大量的实验试剂消耗和人力消耗等优势被广泛应用于高通量药物筛选、基因功能分析、细胞转染和干细胞培养微环境等研究。

使用微坑阵列芯片存在的主要问题是如何避免各个微坑之间发生相互串扰，进而产生交叉污染。研究者通过对微坑芯片进行表面修饰，使各个微坑之间存在一层超疏水材料而微坑内部亲水，从而避免了不同微坑之间发生交叉污染。

目前基于PDMS和玻璃基底的超疏水微阵列芯片(SMAR-芯片)上的超疏水层是由提前配制好的超疏水预聚物通过紫外交联形成。其中PDMS基底的SMAR-芯片的加工过程是将PDMS材料注入微坑模具以形成微阵列芯片，再使用3140胶将制备好的附在玻片上的超疏水层嫁接到PDMS微坑芯片表面并静置6-8h揭开后完成芯片的加工。玻璃基底的SMAR-芯片的加工过程中需要夹具、PMMA微坑模具和经硅烷化修饰的玻片等辅助设备，使用夹具将玻片与微坑模具夹紧，并向空隙中注入超疏水预聚物溶液，若夹具拧的过松会导致超疏水预聚物流到模具微柱与玻片的接触面，导致曝光后会在芯片的微坑底部形成薄薄一层超疏水层，从而影响对微坑中培养物的成像；若夹具拧的太紧，存在玻片被压碎和PMMA模具被压变形的风险。因此使得PDMS基底和玻片基底的SMAR-芯片的加工引入了许多人为因素。

尽管以上两种基底的SMAR-芯片的生物相容性以及2D和3D培养的性能良好，但两者的加工过程较为繁琐且每次使用时需配合合适尺寸的培养皿组合使用，即使用3140胶将SMAR-芯片粘至培养皿底部，且非无菌条件加工的芯片与培养皿组合后需要进行灭菌后方可使用。普通培养皿的材质是由聚苯乙烯组成，在80℃以上则会变软，因而无法进行高压灭菌，可选择用伽马射线进行灭菌或与芯片粘合后共同浸没在75％乙醇中灭菌，这样既增加了污染的风险，也使芯片使用前的准备工作繁琐度增加。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一种超疏水微坑阵列芯片，所述芯片通过以下方法制备，所述方法包括以下步骤：步骤1：通过一体注塑形成包括微坑阵列和超疏水涂层池的芯片，所述微坑阵列的微坑直径在300-1500μm，微坑深度为小于500μm和微坑间距为1500-3000μm；和所述超疏水涂层池的深度为大于50μm，所述涂层池与所述微坑之间的微坑壁厚为50-300μm；和，步骤2：将超疏水涂料加入到超疏水涂层池中，所述超疏水涂料溶液挥发后在所述微坑阵列的微坑之间形成超疏水层，所述超疏水层是指其表面与水或水溶液的接触角大于150°、滚动角小于10°的疏水层，所述超疏水层使得各个微坑中水溶液之间有效的物理隔绝。

在一种实施方式中，所述超疏水涂料溶液是括1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、氧化钛纳米粒子和P25氧化钛混匀的悬浮液。

在一种实施方式中，所述超疏水涂料溶液通过以下方法制备，将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷与无水乙醇在机械力的搅拌下混合，再加入氧化钛纳米粒子和P25氧化钛混匀并超声分散后制备成悬浮液。

在一种实施方式中，本发明提供一种集成超疏水微坑阵列芯片装置，所述装置包括上述的超疏水微坑阵列芯片、基底和水槽，所述超疏水微坑阵列芯片和水槽设置在所述基底之上，所述水槽围绕在所述芯片外周。