微流控芯片內細胞直線運動的磁珠驅動方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微流控光學檢測系統，涉及對被檢測細胞的運動進行控制的裝置，對被檢測細胞的運動控制技術是決定檢測精度的關鍵要素之一，本發明特指對微流控芯片的微通道內細胞進行直線運動控制的磁珠驅動裝置。
【背景技術】
[0002]要實現高靈敏度的光學檢測，關鍵在于降低背景光，特別是激發光對檢測光路的影響。而激發光光斑面積直接取決于被檢測細胞流受控運動的穩定性和精確性。當被檢測的細胞完全處于沿著同一條直線順序同向運動的狀態時，激發光光斑可以聚焦到足夠小的面積以實現超高靈敏度甚至是單細胞的檢測。目前對于細胞直線運動的控制技術主要是流式細胞術，主要產品是利用鞘液的作用，使被檢測的細胞被限制在液流的軸線上順序同向運動的流式細胞儀。然而流式細胞儀價格昂貴，體積較大，需要專業人員操作，尚未完全在醫院實驗室等應用部門普及，更無法集成在微流控芯片中。
[0003]在微流控芯片中，目前對細胞操控的主要研宄方向是細胞的定位、捕捉、分離和融合，而對于細胞直線運動的控制方法研宄很少，且目前主要的控制方法是基于介電電泳技術，如通過光敏半導體感光產生介電力的光誘導介電電泳技術，該技術通過激光光斑的直線運動，理論上可以對細胞產生持續的促使其直線運動的介電電泳力；另外還有移動介電電泳技術和行波介電電泳技術，二者都是在微流體通道壁上安放若干條型電極，前者通過選擇性地對特定的電極通電，以對細胞產生促使其定向運動的拉力或推力；后者雖然對所有的電極都同時通電，但是相鄰的電極存在特定的交流相位差，也能達到促使細胞定向運動的效果。然而無論上述哪一種技術，都是基于介電電泳力的，而介電電泳力不可避免地受到樣品的濃度，PH值等參數的制約。同時高電壓的環境對細胞的活性也存在一定程度的影響和改變。這一系列問題限定了其應用范圍。相比而言，磁泳技術不受上述因素的干擾，磁場力更具有強度高(磁場力最高可達ΙΟΟΟρΝ，而介電電泳力最高只有400pN),可調范圍大(磁場力可調范圍2—ΙΟΟΟρΝ，介電電泳力為200—400pN)等優勢。另外在將納米超順磁珠應用在免疫檢測中，具有良好的特異性。便于分別控制，富集和分離不同種類的細胞。目前在微流控中的磁珠技術主要應用于利用永磁鐵或電磁鐵實現細胞的分離和融合，尚沒有成熟的裝置用于細胞直線運動的控制。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種微流控芯片內控制細胞直線運動的磁珠驅動方法和裝置，該裝置可以精確地實現微流控芯片內單個細胞的直線排列、定向運動和速度調節，不受樣品濃度、pH值等參數的影響，適用范圍寬廣；通過優化控制程序可以實現對磁珠直線運動的無極調速。
[0005]為達到上述目的，本發明微流控芯片內細胞直線運動的磁珠驅動裝置采用的技術解決方案是:其下部是底座、上部是沿左右方向布置的微流控流道，微流控流道的截面是頂點朝下的倒等腰三角形，底座和微流控流道之間是由多個微磁極布置成前、中、后3列的微磁極陣列，每個微磁極均是由一根磁針、一個電磁鐵芯和一個螺旋線圈組成，每個電磁鐵芯外部均纏繞一個螺旋線圈，每個電磁鐵芯的頂部正中間固定連接一根磁針下端，每根磁針上端均向上從倒等腰三角形的頂點插入微流控流道內；插入微流控流道內的所有磁針上端均在同一條從左至右的直線上；底座內封裝有單片機、并口接口模塊、與微磁極數量相同的多個輸出緩沖寄存器和多個驅動模塊，單片機經并口接口模塊分別連接多個輸出緩沖寄存器，每一個輸出緩沖寄存器連接一個驅動模塊，每一個驅動模塊連接一個螺旋線圈。
[0006]本發明微流控芯片內細胞直線運動的磁珠驅動方法采用的技術解決方案是:將結合細胞的磁珠緩沖液進入微流控流道內，單片機通過輸出緩沖寄存器觸發驅動模塊工作，使所有的螺旋線圈通電而使微磁極整體顯磁性，磁化所有磁針和磁針上端周圍的磁珠，磁針鄰近的磁珠被吸附，由微流控芯片控制系統操縱緩沖液低頻往復流動，使磁珠在直線排列的所有磁針的吸附下實現直線排列。
[0007]使靠近目標運動方向的若干個微磁極的螺旋線圈都不通電，其余微磁極的螺旋線圈都通電；針對相鄰的沒通電和通電這兩個微磁極的螺旋線圈，先接通其中的沒通電的微磁極的螺旋線圈以吸引磁珠，再斷開其中的通電的微磁極的螺旋線圈以釋放磁珠，被釋放的磁珠就會朝目標運動方向運動到新接通的微磁極的磁針上端上；之后，朝著目標運動相反的方向，依次地針對每相鄰兩個微磁極的螺旋線圈，都是先接通沒通電的微磁極的螺旋線圈，再斷開相鄰的通電的微磁極的螺旋線圈，直至所有的磁珠都沿目標運動方向直線移動到下一個磁針上端上，如此完成第一個工作循環；再針對第一個工作循環結束后的最相鄰的沒通電和通電這兩個微磁極的螺旋線圈，以類似于第一個工作循環的方法完成第二個工作循環，直至所有的磁珠均向目標運動方向又向目標運動方向移動到了下一個磁針為此，如此地往復循環工作，直到磁珠到達指定位置，實現磁珠的定向運動控制。
[0008]在對磁珠的定向運動控制過程中，通過調整相鄰的微磁極的螺旋線圈的通電頻率以控制磁珠的運動速度。
[0009]本發明和已有技術比，具有以下優點:
1、本發明不受流體濃度、PH值、介電常數等性質的影響，具有廣泛的應用范圍。
[0010]2、本發明對于大多數緩沖液，只要磁珠類型不變，就不需要調整控制參數，方便快捷。
[0011]3、本發明不受細胞粒子本身帶電性的影響，除了少量的白細胞、紅細胞以及趨磁細胞等樣本帶有微弱的磁性外，絕大多數生物樣本都不帶有磁性，因此避免了分析過程中磁場的干擾。
[0012]4、本發明的是非接觸控制，也沒有高電壓環境，可防止細胞的損傷，有助于維持細胞的活性。
[0013]5、在現有的控制方法中，磁場力具有最寬泛的可調性，從2pN到ΙΟΟΟρΝ，本發明因此可以實現細胞速度的廣域無極調控。
[0014]6、本發明將納米磁珠應用在免疫檢測中，具有良好的特異性，可以和特定的抗體一一結合，便于分別控制不同種類的細胞。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明微流控芯片內控制細胞直線運動的磁珠驅動裝置的結構主視圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是圖1去掉微流控流道后的立體圖；
圖4是圖2中微磁極和微流控流道耦合示意圖；
圖5是本發明控制電路原理圖；
圖6本發明磁珠驅動裝置實現磁珠直線排列的工作流程圖；
圖7本發明磁珠驅動裝置實現磁珠定向運動過程的工作流程圖；
圖中:1.微流控流道；2.磁針；3.電磁鐵芯；4.螺旋線圈；5.導線束；6.底座；7、8.通訊接口。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1、2、3、4，本發明微流控芯片內細胞直線運動的磁珠直線驅動裝置的下部是底座6，上部是微流控流道1，微流控流道I在左右方向布置，結合細胞的磁珠在微流控流道I內從左到右或從右到左運動。在底座6和微流控流