專利名稱：快速測量細胞尺寸的微芯片及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種實時、快速、準確測量細胞尺寸的微芯片，以及采用此微芯片對細 胞尺寸進行測量的方法。
背景技術：
細胞作為生命科學研究的基礎，是現代生命科學發展的重要支柱。生物的生殖發育、 遺傳、神經(腦)活動等重大生命現象的研究都要以細胞為基礎。植物與動物生長發育是 依靠細胞增殖、細胞分化與細胞凋亡來實現的， 一切疾病的發病機制也要以細胞病變研究 為基礎，因此對細胞進行研究具有非常重要的意義。目前國內外對細胞的大小測量方式主要有以下兩種顯微鏡測量方法主要是通過人 眼在顯微鏡下觀察，再由安裝在顯微鏡上的測微器獲得，這種方法測量費時費力，而且準 確度不高。圖像處理方法通過CCD攝像頭采集細胞圖像后，在計算機中通過圖像處理軟件 對細胞直徑進行測量，該方法成本相對較高，無法對細胞進行實時的測量。流式細胞術是 釆用光學力—法對細胞的人小進行測量，被熒光染色的細胞在激光束照射下產牛前向散射 光，通過光電倍增管在前方小角度接受散射光信號，這種信號可反映細胞體積大小。這種 測量技術主要用于流式細胞儀中，儀器非常昂貴，不利于普及。目前還沒有用于對細胞大 小進行快速準確測量且成本低廉的技術。發明內容針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種能夠快速、準確對細胞大小 進行實時測量，并且成本較低的快速測量細胞尺寸的微芯片。本發明的另一目的是提供采用上述微芯片進行快速測量細胞尺寸的方法。 本發明的目的是這樣實現的快速測量細胞尺寸的微芯片，其特征在于主要包括基片 和覆蓋層，基片上蝕刻用于讓細胞通過的微通道，微通道的兩側分別對稱設有鞘液微通 道并與微通道交匯形成測量通道；每路測量通道都設一個測量區，測量區由通過硅微加 工固定在覆蓋層上的壓阻式微壓力傳感器和與之對應的測量通道構成。使用本發明微芯片測量細胞尺寸的方法，包括如下步驟1) 零點定標將細胞微通道與細胞進樣泵連接，鞘液微通道和鞘液泵連接，僅讓與 細胞通道大小一致的標準細胞通過微通道，當單個標準細胞通過測量區時，壓阻式微壓 力傳感器會感受到它對該區域的壓力，這種壓力使壓阻式微壓力傳感器受應力作用而引 起其電阻值變化，把輸入與輸出導線引出傳感器，得到相應的電壓輸出值；以該點電壓值 為零點，即完成零點定標；該電壓輸出值就是標準細胞通過時壓阻式微壓力傳感器的電壓 變化。2) 細胞尺寸測量函數定標再讓5~10個不同的大于該通道尺寸的標準細胞通過測量 區，標準細胞的最大尺寸為細胞微通道邊長的1.5倍，記錄它們通過測量區時壓阻式微壓力傳感器電it、:的輸出由不同標準尺寸的細胞輸入與其對應的電壓輸出，建立細胞尺寸與 壓阻式微壓力傳感器輸出電壓值的對應關系函數，完成細胞尺寸測量函數定標；3) 細胞尺寸測量讓被測細胞通過測量區，根據輸出的電壓值，將其帶入定標得到 的細胞尺寸一電壓對應函數就可以得出細胞尺寸的大小。相比現有技術，本發明具有如下有益效果1、 能夠對細胞進行實時測量，具有測量方便、快速、準確，降低測量成本之優點。2、 加工了鞘液微通道，采用鞘液原理將排列緊密的細胞分開，使細胞間有一定的間 距，保證測量時僅有一個細胞在測量區。3、 結構簡單、制作容易、成本低。
圖1是表示本發明細胞測量微芯片結構示意圖；圖2是表示本發明細胞測量微芯片在A- A方向的剖視圖圖3是表示木發明細胞測量微芯片在測量區(B-B方向)的剖視圖；圖4是細胞尺寸與壓阻式微壓力傳感器輸出電壓值對應關系函數曲線示意圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，"種快速測量細胞尺寸和周期的微芯片，主要包括基片1和覆蓋 g 7,基片1上蝕刻用T讓細胞通過的微通道3,微通道3的兩側分別對稱設有鞘液微通 道2、 4并與微通道3交匯形成測量通道5;每路測量通道5都設一個測量區，測量區由通 過硅微加工固定在覆蓋層7上的壓阻式微壓力傳感器6和與之對應的測量通道5構成。如圖3所示，測量區的壓阻式微壓力傳感器6感受細胞通過該區域產生的壓力，并將壓力轉換為電流或電壓的變化，這種變化就對應細胞的尺寸大小。其中，微通道3和鞘液通道2、 4是指具有在石英或玻璃基板1上通過微加工蝕刻形 成的凹槽，是讓細胞和鞘液通過的通道。根據石英或玻璃基板l加工的容易程度和適合不 同細胞生存的需要，微通道的截面可以為矩形、梯形、圓形、三角形或其他形狀。上述微通道的截面的大小可以根據需要，特別是不同種類細胞適當設定。在截面為 矩形、梯形、三角形或其他切斷形狀的情況下，長邊和短邊通常為2~200//附，優選為 10 100;rni，進一步優選為10 50;/附。在截面為圓、橢圓和其切斷形狀的情況下，直徑通 常為為2~200//附，優選為10 100;im，進一步優選為10~50/ 。上述直徑是假設上述形狀 為圓或橢圓而算出的，在為橢圓時，表示長徑和短徑。上述微通道的各個流道的長度可 以根據本發明的目的和形成的石英或玻璃基板的大小任意設定，不需要特別限制，通常 為0.01附附 10c附左右，芯片厚度為100;i附 800;mi。在這種范圍內，操作容易，而且可 以適合用于各種測量。上述微通道的起始點和終點為基板的頂端部或基板上任意的點，但在起始點和終點 之間應包含測量區。當流道的起始點和終點在基板的頂端部時，該起始點或終點可以在 最頂端被開放，也可以位于距離基板的最頂端適當長度的內部而且關閉。1、使用本發明微芯片測量細胞尺寸的方法，包括如下步驟-1) 零點定標參見圖1，將截面尺寸為10Xl(^m的細胞微通道3與細胞進樣泵連 接，鞘液微通道2、 4和鞘液泵連接，僅讓與細胞通道大小-致的直徑為10;/附的標準細 胞8通過細胞微通道3，當單個標準細胞通過測量區時，壓阻材料會感受到它對該區域的 壓力，這種壓力使壓阻材料受應力作用而引起其電阻值變化，把輸入與輸出導線引出傳感 器，可得到相應的電壓輸出值Fo。該電壓輸出值就是標準細胞通過時測量區壓阻材料的電 壓變化。以該點電壓值為零點，即完成了零點定標。2) 細胞尺寸測量函數定標再讓5個尺寸(如1Vm， 12//附，13〃附，14〃附，15〃m) 的大于該通道尺寸的標準細胞通過測量區，標準細胞的最大尺寸應為細胞微通道邊長的 1.5倍，記錄它們通過測量區時電壓的輸出F2， K3， F4, F5,這就完成了定標。由不 同標準尺寸的細胞輸入與其對應的電壓輸出，可以建立細胞尺寸與測量區輸出電壓值的對 應關系函數，完成了細胞尺寸測量函數定標，函數曲線示意圖如圖4。3) 細胞尺寸測量讓被測細胞8通過測量區，根據輸出的電壓值「，將其帶入定標 得到的細胞尺寸一電壓對應函數曲線就可以得出細胞尺寸的大小/>。
權利要求
1、快速測量細胞尺寸的微芯片，其特征在于主要包括基片(1)和覆蓋層(7)，基片(1)上蝕刻用于讓細胞通過的微通道(3)，微通道(3)的兩側分別對稱設有鞘液微通道(2、4)并與微通道(3)交匯形成測量通道(5)；每路測量通道(5)都設一個測量區，測量區由通過硅微加工固定在覆蓋層(7)上的壓阻式微壓力傳感器(6)和與之對應的測量通道(5)構成。
2、 根據權利要求1所述快速測量細胞尺寸的微芯片，其特征在于所述壓阻式微壓力 傳感器(6)通過硅微加工固定在覆蓋層(7)上。
3、 根據權利要求l所述快速測量細胞尺寸的微芯片，其特征在于所述微通道(3)、 鞘液微通道(2、 4)和測量通道(5)截面邊長或直徑為2~200//m;所述壓阻式微壓力傳 感器(6)的邊長為2-200;/w，厚度為20//w。
4、 根據權利要求1所述快速測量細胞尺寸的微芯片，其特征在于所述基板(1)和覆 蓋層(7)采用石英或玻璃制成。
5、 根據權利要求1、 2、 3或4所述快速測量細胞尺寸的微芯片的測量方法，其特征 在于采用所述快速測量細胞尺寸的微芯片，具體步驟包括1) 零點定標將細胞微通道(3)與細胞進樣泵連接，鞘液微通道(2、 4)和鞘液泵 連接，僅U:';/細胞通道人小一致的標準細胞通過微通道(3)，當單個標準細胞通過測量 區時，壓阻式微壓力傳感器(6)會感受到它對該區域的壓力，這種壓力使壓阻式微壓力 傳感器受應力作用而引起其電阻值變化，把輸入與輸出導線引出傳感器，得到相應的電壓 輸出值；2) 細胞尺寸測量函數定標再讓5~10個不同尺寸的大于該通道尺寸的標準細胞通過 測量區，標準細胞的最大尺寸為細胞微通道邊長的1.5倍，記錄它們通過測量區時電壓的 輸出；由不同標準尺寸的細胞輸入與其對應的電壓輸出，建立細胞尺寸與測量區輸出電壓 值的對應關系函數，完成細胞尺寸測量函數定標；3) 細胞尺寸測量讓被測細胞(8)通過測量區，根據輸出的電壓值，將其帶入定標得到 的細胞尺、i -電壓對應函數就可以得出細胞尺寸的大小。
全文摘要
本發明公開一種用于快速測量細胞尺寸的微芯片，包括基片和覆蓋層，基片上蝕刻用于讓細胞通過的微通道，微通道的兩側分別對稱設有鞘液微通道并與微通道交匯形成測量通道；每路測量通道都設一個測量區，測量區由通過硅微加工固定在覆蓋層上的壓阻式微壓力傳感器和與之對應的測量通道構成。使用本發明微芯片的方法包括通過零點定標、細胞尺寸測量函數定標后，讓被測細胞通過測量區，根據輸出的電壓值，將其帶入定標得到的細胞尺寸—電壓對應函數就可以得出細胞尺寸的大小。本發明具有結構簡單、制作容易、成本低的優點。能夠對細胞進行實時測量，而且測量方便、快速、準確。
文檔編號G01N15/10GK101226132SQ200710092979
公開日2008年7月23日 申請日期2007年11月15日 優先權日2007年11月15日
發明者林曉鋼, 郭永彩, 潮 高 申請人:重慶大學