專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)渭?xì)胞藻粒度分析微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用庫(kù)爾特原理設(shè)計(jì)制作的粒度分析儀器，更具體地說(shuō)是一種用于海洋單細(xì)胞藻粒度分析的微流控芯片。
背景技術(shù)：
微全分析系統(tǒng)(Micro-total analysis system，μ-TAS)概念的提出在分析科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，引導(dǎo)化學(xué)分析設(shè)備向著微型化、集成化與便攜化的趨勢(shì)發(fā)展。它利用微加工工藝在芯片上制作微閥、微管道、微反應(yīng)器、微流量傳感器、微檢測(cè)器等功能單元構(gòu)成微型化學(xué)系統(tǒng)。微流控芯片系統(tǒng)具有高效、低耗、微型化和集成化的特點(diǎn)，適于各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)分析和實(shí)時(shí)測(cè)定。1995年Mathies和Woolley首次采用微電泳芯片進(jìn)行了DNA測(cè)序研究，在有效分離長(zhǎng)度3.5cm的通道上，10min內(nèi)測(cè)序約150個(gè)堿基，準(zhǔn)確率97％。1998年Ramsey等在微流控芯片上集成了細(xì)胞消解、PCR擴(kuò)增和電泳分離等功能的微芯片基因分析系統(tǒng)。
庫(kù)爾特粒度分析儀的原理(Coulter Principle)懸浮在電解液中的細(xì)胞或顆粒，隨電解液通過(guò)小孔管時(shí)，因取代了相同體積的電解液，在恒電流設(shè)計(jì)的電路中導(dǎo)致小孔管內(nèi)外兩電極間電阻發(fā)生瞬時(shí)變化，而產(chǎn)生了電位脈沖，脈沖信號(hào)的大小和次數(shù)與顆粒的大小和數(shù)目成正比。庫(kù)爾特原理屬于對(duì)顆粒個(gè)體三維的測(cè)量，因此，不但能準(zhǔn)確測(cè)量細(xì)胞或顆粒的粒徑分布，更能作細(xì)胞或粒子絕對(duì)數(shù)目和濃度的測(cè)量，其所測(cè)粒徑更接近真實(shí)。庫(kù)爾特計(jì)數(shù)儀在單細(xì)胞藻、培養(yǎng)細(xì)胞、血球等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用(Ray，2001；Arakawa et al，1997)。
但目前的庫(kù)爾特計(jì)數(shù)儀價(jià)格昂貴，體積較大，不適用于現(xiàn)場(chǎng)分析，微流控芯片的出現(xiàn)為庫(kù)爾特技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了可能。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種微型、便攜且適于現(xiàn)場(chǎng)分析的對(duì)海洋單細(xì)胞藻進(jìn)行計(jì)數(shù)和粒徑分布測(cè)定的微流控芯片。
本實(shí)用新型是以標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)為基礎(chǔ)，以玻璃為微流控芯片材料，在芯片上構(gòu)建微通道和微儲(chǔ)液池，使樣品的進(jìn)樣、檢測(cè)集成在芯片上來(lái)完成。微流控芯片包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的基片和蓋片，在基片和蓋片上構(gòu)建有包括液流系統(tǒng)和與樣品通道垂直相交的雙“T”型檢測(cè)通道。液流系統(tǒng)采用ψ型結(jié)構(gòu)，中間通道為樣品通道，兩側(cè)支通道稱(chēng)為鞘流通道，鞘流通道的作用是樣品中的藻細(xì)胞以單行排列，樣品通道與鞘流通道尺寸一致，鞘流通道為1/4圓弧狀，樣品通道與鞘流通道端點(diǎn)切線方向相一致，這樣，鞘流與樣品流同向匯合，避免液流匯合產(chǎn)生渦流擾動(dòng)，保證了液流系統(tǒng)的穩(wěn)定性；樣品通道與鞘流通道的末端分別構(gòu)建有儲(chǔ)液池，樣品通道的另一端還有一廢液池；在芯片上構(gòu)建與進(jìn)樣通道垂直相交的雙“T”型檢測(cè)通道，檢測(cè)通道設(shè)計(jì)成半啞鈴形，相交部分細(xì)而短(橫截面尺寸與樣品通道一致)，外側(cè)寬度大，檢測(cè)通道的電阻主要是來(lái)自細(xì)通道的貢獻(xiàn)，因而細(xì)胞通過(guò)而產(chǎn)生的電阻變化才會(huì)明顯，從而提高檢測(cè)靈敏度。在檢測(cè)通道兩側(cè)安置電極，使用恒電流檢測(cè)系統(tǒng)，細(xì)胞通過(guò)檢測(cè)通道與樣品通道的共用區(qū)域時(shí)，會(huì)取代與其相等體積的電解液，導(dǎo)致兩電極之間電阻呈現(xiàn)暫時(shí)性改變，電位差發(fā)生相應(yīng)改變產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由脈沖的次數(shù)和強(qiáng)度來(lái)計(jì)算細(xì)胞數(shù)目和粒徑。
本實(shí)用新型將庫(kù)爾特液流系統(tǒng)和電極集成，體現(xiàn)了微流控芯片系統(tǒng)的微型化和集成化的特點(diǎn)，適于各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)分析和實(shí)時(shí)測(cè)定。廣泛應(yīng)用于單細(xì)胞藻、培養(yǎng)細(xì)胞、血球等領(lǐng)域。
圖1是本實(shí)用新型的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-樣品入口；2，3-鞘流入口；4，5-電極池；6-廢液池；7-樣品通道；8，9-鞘流通道；10-通道交匯點(diǎn)；11-雙T型檢測(cè)通道。
圖2是單細(xì)胞藻粒度分析芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，12，13-微型泵；14-恒電流系統(tǒng)；15，16-鞘流；17-樣品。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
實(shí)施例1微流控芯片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，微流控芯片結(jié)構(gòu)分兩部分液流系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)。液流系統(tǒng)采用ψ型結(jié)構(gòu)，中間通道為樣品通道7，兩側(cè)支通道為鞘流通道8和9，鞘流通道的作用是使樣品中的藻細(xì)胞呈單行排列，樣品通道7與鞘流通道8和9尺寸一致，鞘流通道為1/4圓弧狀，鞘流通道8和9在交匯點(diǎn)10的切線方向與樣品通道7方向相一致，這樣，鞘流與樣品流同向匯合，避免液流匯合產(chǎn)生渦流擾動(dòng)，保證了液流系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在芯片上構(gòu)建與樣品通道垂直相交的雙“T”型檢測(cè)通道11，檢測(cè)通道設(shè)計(jì)成半啞鈴形，與樣品通道7相連部分細(xì)而短，外側(cè)寬度大，檢測(cè)通道11與樣品通道7的共用通道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為150-200μm，這樣，檢測(cè)通道的電阻主要是來(lái)自細(xì)通道的貢獻(xiàn)，因而細(xì)胞通過(guò)而產(chǎn)生的電阻變化才會(huì)明顯。在檢測(cè)通道兩端的電極池4和5處安置電極，使用恒電流檢測(cè)系統(tǒng)，細(xì)胞通過(guò)檢測(cè)通道與樣品通道的共用區(qū)域時(shí)，會(huì)取代與其相等體積的電解液，導(dǎo)致兩電極之間電阻呈現(xiàn)暫時(shí)性改變，電位差發(fā)生相應(yīng)改變產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由脈沖的次數(shù)和強(qiáng)度來(lái)計(jì)算細(xì)胞數(shù)目和粒徑。
實(shí)施例2微流控芯片的制作1.玻璃基片的制作掩膜膠片上微通道的尺寸設(shè)計(jì)流體通道，30μm；檢測(cè)通道，30μm，300μm，寬部長(zhǎng)5mm，窄部長(zhǎng)0.2mm；共用通道長(zhǎng)0.35mm。將掩膜膠片置于63mm×63mm×1.5mm的勻膠鉻板上，紫外線曝光180秒(波長(zhǎng)365nm)，顯影液中顯影100秒后，100℃下烘干半小時(shí)。在室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕鉻膜，然后用高純水沖洗干凈，烘干。通過(guò)數(shù)碼顯微鏡攝像，測(cè)得鉻板上的通道尺寸為樣品通道，40μm；檢測(cè)通道，40μm，310μm。用0.5M HF/0.5MNH4F刻蝕劑腐蝕裸露的硼硅玻璃，速率約為10μm/h，刻蝕7小時(shí)后，再依次用丙酮、鉻膜刻蝕液除去殘余光膠層和鉻膜，即得基片。用微型臺(tái)鉆打孔，鉆頭為1mm的金剛鉆頭，孔的直徑即為儲(chǔ)液池直徑1mm。顯微鏡下測(cè)定微通道尺寸樣品通道，上底寬180μm，下底寬50μm，深度70μm；檢測(cè)通道，寬部上底寬450μm，下底寬320μm，深度70μm；共用通道長(zhǎng)約200μm2.蓋片的制作與基片制作方法相同，構(gòu)造相同，但不打孔。
3.將基片與蓋片依次在丙酮、H2O-H2O2-NH4OH(5∶1∶1)溶液、H2SO4∶H2O2(4∶1)溶液和高純水中超聲清洗5-10分鐘，用氮?dú)獯蹈?，然后在超凈環(huán)境中將兩者對(duì)齊密封，高溫下鍵合。升溫程序?yàn)橐?0℃/min從室溫升至550℃，時(shí)間30分鐘；以20℃/min從550℃升至610℃，時(shí)間30分鐘；以20℃/min從610℃升至635℃，時(shí)間30分鐘；以10℃/min從635℃升至650℃，時(shí)間6小時(shí)。然后自然冷卻到室溫。經(jīng)顯微鏡下觀測(cè)，鍵合后通道無(wú)變形，且達(dá)到完全密封。鍵合后的芯片通道橫截面呈橢圓形，樣品通道和檢測(cè)通道窄部長(zhǎng)軸長(zhǎng)約為180μm，窄軸長(zhǎng)約為140μm，檢測(cè)通道寬部長(zhǎng)軸長(zhǎng)約450μm，短軸長(zhǎng)約140μm；共用通道長(zhǎng)約200μm實(shí)施例3微流控芯片分析檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示，在樣品通道7的進(jìn)口1接進(jìn)樣泵13，兩側(cè)鞘流通道8和9在其入口2和3處接鞘流15，16，在檢測(cè)通道11兩端4，5安置電極并接在一恒電流計(jì)上，構(gòu)成整個(gè)微流控芯片分析檢測(cè)系統(tǒng)。樣品和鞘流液通過(guò)泵12和13輸送，鞘流液以相同的流速流動(dòng)，鞘流液與樣品匯合后以層流的形式向前流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)鞘流和樣品流速，使樣品中細(xì)胞呈單行排列，并向前移動(dòng)通過(guò)檢測(cè)區(qū)(檢測(cè)通道和樣品通道的共用區(qū)域)，在檢測(cè)區(qū)域細(xì)胞取代了等體積的電解液，導(dǎo)致兩電極之間電阻呈現(xiàn)暫時(shí)性的改變，由于檢測(cè)系統(tǒng)是恒電流設(shè)計(jì)，故電位差也暫時(shí)性的改變產(chǎn)生脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖信號(hào)的次數(shù)和強(qiáng)度可以對(duì)細(xì)胞的數(shù)目和粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
本實(shí)用新型在利用庫(kù)爾特基本原理設(shè)計(jì)制作的微流控芯片上構(gòu)建了實(shí)現(xiàn)庫(kù)爾特技術(shù)所需的液流系統(tǒng)和檢測(cè)通道，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)爾特粒度分析系統(tǒng)的微型化、集成化和簡(jiǎn)單化；制造成本低，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)。
權(quán)利要求1.一種單細(xì)胞藻粒度分析微流控芯片，其特征在于它包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的基片和蓋片，在基片和蓋片上構(gòu)建有包括中間樣品通道和兩側(cè)道鞘流通道的ψ型結(jié)構(gòu)的液流系統(tǒng)和與樣品通道垂直相交的雙T型檢測(cè)通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于所述的鞘流通道為1/4圓弧狀，樣品通道與鞘流通道通端點(diǎn)切線方向相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于所述的檢測(cè)通道設(shè)計(jì)成半啞鈴形，與樣品通道相連部分細(xì)而短，外側(cè)寬度大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于它是以玻璃為材料制作的。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單細(xì)胞藻粒度分析微流控芯片，它包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的基片和蓋片，在基片和蓋片上構(gòu)建有包括中間樣品通道和兩側(cè)道鞘流通道的Ψ型結(jié)構(gòu)的液流系統(tǒng)和與樣品通道垂直相交的雙T型檢測(cè)通道；在檢測(cè)通道兩側(cè)安置電極，使用恒電流檢測(cè)系統(tǒng)。在細(xì)胞通過(guò)檢測(cè)通道與樣品通道的共用區(qū)域時(shí)，會(huì)取代與其相等體積的電解液，導(dǎo)致兩電極之間電阻呈現(xiàn)暫時(shí)性改變，電位差發(fā)生相應(yīng)改變產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由脈沖的次數(shù)和強(qiáng)度來(lái)計(jì)算細(xì)胞數(shù)目和粒徑。本實(shí)用新型將庫(kù)爾特液流系統(tǒng)和電極集成，體現(xiàn)了微流控芯片系統(tǒng)的微型化和集成化的特點(diǎn)，適于各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)分析和實(shí)時(shí)測(cè)定。廣泛應(yīng)用于單細(xì)胞藻、培養(yǎng)細(xì)胞、血球等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N15/02GK2821566SQ20052008437
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月19日
發(fā)明者蘇榮國(guó), 王修林, 祝陳堅(jiān) 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)