[發(fā)明專利]一種分離式微米級粒子自動(dòng)組裝、分選器件及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410348579.0
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104096608A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易紅;倪中華;全運(yùn)臨;項(xiàng)楠
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01D57/02;B01J19/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于介電泳電動(dòng)效應(yīng)的分離式微流控器件及其制作方法，尤其涉及一種分離式微米級粒子自動(dòng)組裝、分選器件及其制作方法。

背景技術(shù)

在過去的十多年內(nèi)，面向生物應(yīng)用的微型化器件發(fā)展迅速，克服了傳統(tǒng)醫(yī)療器械設(shè)備體積大、反應(yīng)時(shí)間長、樣品消耗量多等弊端。隨著微加工技術(shù)的進(jìn)步，芯片上的實(shí)驗(yàn)室成為了可能，大量的新功能器件涌現(xiàn)而出，實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞、病毒、微粒、微納米粒子以及DNA、蛋白質(zhì)等大分子的多種操作，例如捕獲、排列、分選、圖形化、表征及提純等，這些微操縱功能的實(shí)現(xiàn)對診斷和臨床應(yīng)用有著非常重要的意義。報(bào)道的芯片功能主要可分為以下四類：第一類是基于傳統(tǒng)機(jī)械微孔/微槽結(jié)構(gòu)槽技術(shù)的芯片，這一類器件芯片易堵塞、精度低、功能局限，目前使用較少；第二類是基于流體慣性效應(yīng)的芯片，該類芯片精度低、可控性差，需要配合其他方法提高效率；第三類時(shí)基于生化載體方法的芯片，目前雖在生化領(lǐng)域使用廣泛，不過存在特異性強(qiáng)、操作繁瑣、成本高昂等問題。相比而言，第四類利用外加電、聲、磁、光場強(qiáng)的單場/多場分選技術(shù)更具有優(yōu)勢。以介電泳為例，基于介電泳效應(yīng)的器件具有高效率、高精度及易集成等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。但是此類芯片電極與流道結(jié)構(gòu)一體化，一方面制作加工以及鍵合工藝復(fù)雜，加工成本較高，不能夠重復(fù)利用；另一方面電機(jī)形式的固定使得芯片的功能單一，使用局限；同時(shí)電極與目標(biāo)對象的接觸會對部分生物性質(zhì)產(chǎn)生影響，造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)多種不同尺寸微米級生物粒子的圖形化與分選，并可實(shí)現(xiàn)電場作用力的可控能動(dòng)調(diào)節(jié)及處理后樣品回收應(yīng)用的分離式微米級粒子自動(dòng)組裝、分選器件，同時(shí)提供一種該器件的制作方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的分離式微米級粒子自動(dòng)組裝、分選器件，由雙層芯片堆疊組合而成，包括上層的流道層芯片、下層的電極層芯片、設(shè)置在所述上下層之間并將兩者附著貼合的低電導(dǎo)率液滴層。流道層芯片由基片和底面薄膜鍵合封裝而成，所述基片的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷、特氟龍、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃中的一種，所述底面薄膜采用厚度小于微米的有機(jī)聚合物薄膜、天然云母薄膜、玻璃薄膜或石英薄膜。

本發(fā)明器件的一種優(yōu)選方案中，流道層芯片的基片中，功能區(qū)域采用直流道形式，并與電極層芯片中的圖案電極成夾角設(shè)置。

本發(fā)明器件的一種優(yōu)選方案中，電極層芯片采用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃微加工工藝、金屬微電極加工工藝或印制電路板工藝制備。

本發(fā)明器件中，電極層芯片中的圖案電極上施加的信號為高頻交流正弦電信號。

本發(fā)明制備上述器件的方法包括以下步驟：

(1)通過微加工技術(shù)制作流道層芯片的基片；

(2)首先旋涂平整的聚二甲基硅氧烷薄膜，然后用基片的底面蘸取所述聚二甲基硅氧烷薄膜，形成粘附層，并用所述粘附層將基片粘附在底面薄膜上表面，最后加熱鍵合固化，得到流道層芯片；

(3)在電極層芯片的上表面滴入低電導(dǎo)率液滴，然后將流道層芯片貼合固定在低電導(dǎo)率液滴上。

本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案中，步驟(1)中，還在制作出的基片的樣品入口處和分選出口處打孔。

本發(fā)明中，粒子樣品液以及緩沖液通過外部流體驅(qū)動(dòng)設(shè)備以特定流速分別由樣本液入口和緩沖液入口注入，當(dāng)流速較大的情況下可以實(shí)現(xiàn)粒子的分選，具體原理為：在夾流作用下粒子匯集于功能區(qū)域的中間部分，借助下方電極層芯片產(chǎn)生的非均勻電場，在動(dòng)電力學(xué)(介電泳)作用力下不同材質(zhì)與尺寸的粒子將發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)流后入不同的樣品出口。相同材質(zhì)的情況下，尺寸較大的粒子受到的介電泳作用力較大，偏轉(zhuǎn)角度大，流入邊緣出口，尺寸較小的粒子受到的介電泳作用力較小，偏轉(zhuǎn)角度小，流入位于中間的出口；同時(shí)，不同材質(zhì)粒子受到的介電泳作用方向不同，其中受到正介電泳作用的粒子向一側(cè)壁面偏轉(zhuǎn)而受到負(fù)介電泳作用的粒子向流速另一側(cè)壁面偏轉(zhuǎn)。在入口流速較小或是靜止流體中，粒子可實(shí)現(xiàn)圖案化陣列：與分選原理相似，受到負(fù)介電泳作用的粒子鏈狀排布于電極形狀正上方，受到正介電泳作用的粒子鏈狀排布于電極間隙正上方。此情況下流道結(jié)構(gòu)只起蓄積樣品液的作用，實(shí)際應(yīng)用中亦可采用敞口式蓄液池或任意形狀腔道。本發(fā)明中電極層芯片與流道層芯片采用分離式設(shè)計(jì)，在使用時(shí)需要在兩層間滴附低電導(dǎo)率液滴層保證接觸貼合性，該設(shè)計(jì)還可實(shí)現(xiàn)流道結(jié)構(gòu)與電極間相對位置的能動(dòng)調(diào)節(jié)，從而調(diào)控粒子受到的介電泳力大小或方向。根據(jù)粒子與操縱功能的不同，在底部電極層芯片上施加不同的電信號并調(diào)節(jié)分選樣品進(jìn)入流道的流速大小，實(shí)現(xiàn)多種粒子的分選或圖形化組裝。