[發明專利]基于PDMS芯片的片上細胞檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201610623279.8
• 申請日: 2016-08-01
• 公開（公告）號: CN106085838B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 鄒蕓;劉文斌;楊飛宇;江蓓;梁培斯;陳險峰
• 申請（專利權）人: 上海市刑事科學技術研究院
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種生物醫學領域的檢測技術，具體是一種基于PDMS芯片的片上細胞檢測系統及方法。

背景技術

流式細胞術(Flow Cytometry)是一種對單細胞或其他生物微粒子進行快速測定并分選收集和定量分析的檢測手段。流式細胞儀作為該種檢測技術平臺，是一種現代化生物醫學儀器。其檢測參數可以是光散射或者熒光指標；但這之前需要制備熒光素標記抗體并對細胞進行染色，整個系統復雜而且儀器造價昂貴。

光流控是光學和微流控技術的結晶，因此微流體器件也被稱為光學芯片或芯片實驗室(Lab on a chip)。其微分析系統使用的樣品試劑量極少、分辨率和靈敏度高、成本低、分析時間短，可廣泛用于化學、生物、醫學的檢測分析以及光學和信息處理，而且液體環境對這些領域所關心的檢測對象來說非常適宜。微流體芯片技術有望將這種細胞分選技術集成于一塊芯片上，從而使系統微型化。微流控芯片所采用的PDMS材料，具有透明、易于加工和良好生物兼容性等優點。因此基于PDMS的微流控芯片具有非常好的應用前景。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于PDMS芯片的片上細胞辨別及分選系統及方法，利用光學進行細胞(或微顆粒)的探測并可實現兩種混合細胞(或微顆粒)溶液的分離。通過基于光纖布拉格(Bragg)光柵法布里‐珀羅諧振腔(FP腔)實現細胞辨別，FP腔的諧振作用可以極大地提高針對透明細胞的辨別能力，可以免去對細胞進行染色等預處理。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于PDMS芯片的片上細胞辨別及分選裝置，該裝置為三層結構，由上而下依次包括：具有液體微通道的芯片層、PDMS薄膜夾層和具有氣體微通道的基底層，其中：芯片層上設有火字形結構的液體微通道以及位于微通道中心的光纖Bragg光柵FP諧振腔，PDMS薄膜夾層和基底層之間設有連通的微通道氣閥，當對微通道氣閥泵入空氣時，PDMS薄膜夾層產生形變并閉合/打開芯片層的液體微通道。

所述的火字形結構的液體微通道包括：三個進樣口以及兩個出樣口，其中：用于輸入待分選的細胞液的第一進樣口位于用于輸入鞘液的第二和第三進樣口之間，第一進樣口、第一出樣口、第二進樣口、第二出樣口、第三進樣口之間均為連通。

所述的微通道寬度為60μm，深度為128μm。所述的微通道長度為15mm，這個長度是為了更好地將細胞液聚焦同時保持穩定的層流。

所述的微通道氣閥優選為兩個且分別用于進氣和出氣，該微通道氣閥設置于三入兩出的微通道的出樣口。

所述的光纖Bragg光柵FP諧振腔的光纖輸入端和輸出端分別設置于芯片層內，具體通過兩端與第一進樣口相垂直的光纖槽實現，從而使得光纖的端面與微通道面平齊。

所述的光纖的纖芯直徑為9μm、外徑為125μm的單模光纖，光纖的數值孔徑為0.14；所述的Bragg光柵波長為1550nm，帶寬為0.2nm。

所述的基底層和芯片層采用但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，具體通過光刻的方法制備出帶有微通道凸結構的陽模，將PDMS中的預聚物和固化劑以質量比為10:1配比攪拌混合，澆注于陽模模板上；然后將其置于真空泵中抽走PDMS中的空氣泡，再在60攝氏度烘箱兩個小時固化后，將固化后的聚合物從模板上剝離，便制得帶有微通道結構的聚合物。

所述的PDMS薄膜夾層的厚度為30微米，通過在厚度為30微米的液晶盒中灌注液態PDMS，將其放入烘箱2小時，固化后得到。

本發明涉及一種包含上述片上細胞辨別及分選裝置的檢測系統，包括：片上細胞辨別及分選裝置以及與之相連的注射泵、氣泵、可調諧激光器和功率探測器，其中：片上細胞辨別及分選裝置的出樣口和進樣口分別與注射泵相連，微通道氣閥端口與氣泵相連，片上細胞辨別及分選裝置的光纖Bragg光柵FP諧振腔的輸入端和輸出端分別與可調諧激光器和功率探測器相連，通過氣泵控制片上細胞辨別及分選裝置的PDMS薄膜夾層形變并實現閉合/打開。

所述的可調諧激光器輸出的光源為1528‐1573nm波段。

本發明涉及上述系統的檢測方法，通過將檢測光的波長調節至FP腔諧振波長，當待測微粒通過FP腔時引起諧振峰漂移，使得FP腔的透過率曲線發生漂移，進而通過功率探測器測得變化程度從而分辨通過FP腔檢測區的微粒種類，氣泵的作用在于分選細胞。

技術效果