[發明專利]一種用于細胞檢測的3D微流控結構及其制備方法

無效

• 申請號: 201010557233.3
• 申請日: 2010-11-24
• 公開（公告）號: CN102128777A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 王永泉;陳花玲;王小鵬;王敬元;李義平;王冰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N15/14
• 分類號: G01N15/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種用于流式細胞檢測的三維微流控芯片結構型式及其制備方法。

背景技術

流式細胞術是一種對處在液流中的細胞顆粒逐個進行多參數自動分析和檢測的技術。它可較為精準地實現對細胞特征和細胞(或細胞器)組成的定性及定量分析，因而在現代醫學研究和臨床診斷中有著極為重要的應用價值。流式細胞儀(FCM)就是基于上述流式細胞術的基本原理，綜合利用光學、機械、流體動力學和計算機控制技術來實現細胞檢測及分析功能的一種現代化生物醫學儀器。它的核心部件之一，是帶有特定流體控制結構(通道)的流動室系統；其基本功能，是通過合理控制液流(包括鞘流及待測樣液)的運動參數及形態，來實現對樣液的“水力聚焦”(hydro-focusing)。整個檢測/分析過程可概要描述如下：將經熒光染色或標記的細胞懸浮液放入樣品管中，通過注射等方式壓入流動室；流動室內同時注入鞘流，在鞘流的夾裹作用下，樣液將被“聚焦”為寬度極小(與細胞分子直徑約在同一數量級)的微小流束，從而使其中的細胞能排成單列，以一定速度逐個地進入檢測區。在此區域內，由光源系統產生的激光光束以特定角度照射到樣液上，在細胞上產生散射光，并激發出熒光。利用光學傳感器對這些信號進行接收，并通過光電轉換器件將其轉換成電信號，再將采集到的電信號做采樣編碼、濾波整流等后處理，最后通過DAQ數據采集卡送入計算機進行分析，便可得到所需的細胞信息。由此可見，流式細胞儀流控結構的設計與制造，對液流的聚焦效果，進而對整個儀器的檢測及分析精度，具有至關重要的影響。

隨著現代醫學科技的發展，開發新型的高性能、便攜式的流式細胞分析儀，以進一步提升分子細胞學檢測、分析的效率和水平，已成為一項迫在眉睫的任務。近年來，微機電系統(MEMS)和微流控技術的興起和發展，為上述目標的實現提供了一種全新和有效的技術手段。利用這一技術，我們可以在玻璃、硅片、有機聚合物等材料上制作微通道、微泵、微閥、微電極和連接器等功能器件，因此也可方便地制作用于細胞檢測的微流動室結構，并可望將其與微泵和光學檢測器件等集成到單一芯片上，形成所謂微流控芯片實驗室。相比于傳統裝置，微流控芯片的微米級結構將顯著增大流體環境的面積/體積比，從而使系統性能發生顯著改善(如體積減小、效率提高、成本降低，試樣和試劑消耗量下降等)，具有明顯的技術和經濟優勢。

然而，目前已有的用于細胞分析的微流控芯片，盡管具體形式和尺寸參數各不相同，但卻基本都屬于一種“二維”聚焦結構，主要體現在整個流控結構系一次性刻蝕得到，所有的液流通道及匯聚區都具有相同的深度，且底部平整，這使得流體的聚焦只能在芯片所在二維平面內實現(即樣液在左右兩側鞘流的夾裹下沿寬度方向匯聚)，而在與之垂直的方向即通道的深度方向，則無法實現匯聚。這就有可能造成同一時刻有不止一個細胞分子上下重疊通過檢測點(激光光束照射處)，影響到檢測結果的準確性。而理想的情況，是希望樣液同時也能在垂直方向受到某種力或約束的作用，實現真正的“三維”聚焦，以保證通過檢測點細胞數目的唯一性。這就需要對現有流控結構進行創新設計，使之既能滿足上述三維聚焦的功能需求，又便于加工制備，具有較好的經濟性及實用性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現三維聚焦的新型細胞計數用微流控芯片結構，以及加工制備這種結構的工藝方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于細胞檢測的3D微流控結構，該結構為上行式微流控結構，其結構由玻璃蓋片和聚二甲基硅氧烷PDMS的流控結構和基底封接而成，流控結構由鞘流入流通道、樣液入流通道、匯流腔、匯聚通道以及上行臺階和出口構成，所述的鞘流入流通道在樣液入流通道左右兩側對稱排列，樣液入流通道在中間，此三股通道與匯流腔相通并具有相同的深度，匯流腔通過上行臺階與匯聚通道相通，匯聚通道的深度小于匯流腔。

一種用于細胞檢測的3D微流控結構，該結構為下行式微流控結構，其結構由玻璃蓋片和聚二甲基硅氧烷PDMS的流控結構和基底封接而成，流控結構由鞘流入流通道、樣液入流孔、匯流腔、匯聚通道以及下行臺階和出口構成，所述的鞘流入流通道為左右對稱排列，與匯流腔相通并具有相同的深度，樣液入流孔位于匯流腔底部，匯流腔通過下行臺階與匯聚通道相通，匯聚通道的深度大于匯流腔。

一種用于細胞檢測的3D微流控結構的制備方法，采用兩次光刻，一次顯影的制備方法，即

(a)在硅片或玻璃基底的一表面涂覆一層負型感光材料；

(b)提供第一塊掩模板，該掩模板的曝光圖案為上述微結構的二維圖案，利用紫外光光束對負型感光材料進行曝光；