[發(fā)明專利]一種基于介電電泳的微流控芯片及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710620172.2
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107267382A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程鑫;吳春卉;陳日飛;劉羽;姜有為
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/00;C12N13/00;B01L3/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于單細(xì)胞捕捉與配對技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于介電電泳的微流控芯片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

細(xì)胞融合，也被稱為細(xì)胞雜交，是通過誘導(dǎo)和培養(yǎng)等方法，使兩個或兩個以上的同源或異源細(xì)胞在離體條件下形成雜合細(xì)胞的過程。目前已經(jīng)成為現(xiàn)代生物工程技術(shù)研究中的一項重要手段。細(xì)胞融合技術(shù)在遺傳學(xué)、免疫醫(yī)學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、藥物或基因傳輸、雜交育種等研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。精準(zhǔn)的單細(xì)胞捕獲和配對是開展細(xì)胞融合研究的前提，因此需要設(shè)計和構(gòu)建行之有效的單細(xì)胞捕獲與配對實驗平臺。

介電電泳(Dielectrophoresis，DEP)是一種在非均勻電場中根據(jù)微粒的介電性質(zhì)對微粒進(jìn)行操縱的技術(shù)。通過改變施加電壓的頻率等條件，能夠控制微粒受正介電電泳力作用向高電場或者受負(fù)介電電泳力作用向低電場運動，從而實現(xiàn)對微粒的操縱。因此，基于DEP的方法可以實現(xiàn)有效的高通量的細(xì)胞捕捉與配對的過程。

日本兵庫大學(xué)的Yasukawa課題組報道了一種基于介電電泳方法的垂直配對細(xì)胞的微流控裝置，此裝置主要利用頂部的ITO電極和底部的圖案化的微電極產(chǎn)生的正介電電泳力將兩種細(xì)胞依次捕獲在微腔陣列內(nèi)，實現(xiàn)垂直的高通量細(xì)胞配對的過程。日本東北大學(xué)的Matsue課題組報道了一種基于介電電泳方法的細(xì)胞配對的微流控芯片，此芯片中包含有微型的叉指電極和葫蘆形的微腔陣列，細(xì)胞配對的過程是利用頂部的ITO電極與底部的叉指電極產(chǎn)生的正介電電泳力依次捕獲兩種細(xì)胞，進(jìn)而形成細(xì)胞對的過程。

目前的基于DEP方法的高通量細(xì)胞配對的微流控芯片采用的是ITO電極在頂部，微電極在底部的方式來產(chǎn)生DEP，這種結(jié)構(gòu)的缺點是：(1)聚二甲基硅氧烷(PDMS)是微流控芯片中用于微流道制備的最常用的材料，易于與芯片進(jìn)行封裝，并且通過簡單的打孔器即可在PDMS上制備芯片的進(jìn)出口，而ITO電極在頂部時，封裝過程和進(jìn)出口的制備都更加麻煩；(2)DEP捕捉細(xì)胞的過程是在電極間施加交流信號產(chǎn)生非均勻電場進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞的定向運動，在配對的過程中，ITO在頂部作為兩種細(xì)胞捕獲的共用電極，在捕獲第一種細(xì)胞時，由于感應(yīng)電場的作用，用于捕捉另一種細(xì)胞的位置也會被第一種細(xì)胞占據(jù)，影響芯片的配對效率。

因此，如何簡化芯片封裝過程，提高芯片的配對效率是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于開發(fā)了一種基于介電電泳的微流控芯片及其制備方法和應(yīng)用，所述微流控芯片通過改變“上下”結(jié)構(gòu)為“平面”結(jié)構(gòu)不僅使芯片封裝過程簡化，而且可以有效提高芯片的配對效率。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種基于介電電泳的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括底部的平面形芯片16和頂部的微流道13，所述平面形芯片具有依次疊加的四層結(jié)構(gòu)；

所述平面芯片的第一層結(jié)構(gòu)1包括在玻璃基底上的電極，所述電極為叉指電極2；

所述平面芯片的第二層結(jié)構(gòu)3包括微腔陣列8，用于細(xì)胞捕捉；

所述平面芯片的第三層結(jié)構(gòu)4包括導(dǎo)電層10，用于形成叉指電極兩端的導(dǎo)電區(qū)域；

所述平面芯片的第四層結(jié)構(gòu)5包括微腔陣列12和位于微腔陣列中的微擋板11，所述微腔陣列12用于細(xì)胞配對，所述微擋板11用于細(xì)胞接觸；

所述第二層結(jié)構(gòu)(3)和第四層結(jié)構(gòu)(5)上還包括微流通道(9)，用于在細(xì)胞配對后將每個微腔陣列中的細(xì)胞沖到微擋板的位置。

本發(fā)明中，所述叉指電極在施加電信號的情況下，產(chǎn)生非均勻電場，細(xì)胞在正向介電泳力的作用下，被捕捉到電極表面。

根據(jù)本發(fā)明，為透明導(dǎo)電材料，優(yōu)選為ITO(銦錫氧化物)、AZO(鋁摻雜的氧化鋅的透明導(dǎo)電玻璃)或石墨烯中的任意一種或至少兩種的組合，優(yōu)選為ITO。

優(yōu)選地，所述叉指電極2的數(shù)量為2-10，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10，優(yōu)選為2。

本發(fā)明中，所述叉指電極為2套以上，由于后續(xù)是兩種以上的熒光細(xì)胞進(jìn)行捕捉和配對，所述叉指電極要與所述熒光細(xì)胞的種類對應(yīng)，以能夠?qū)崿F(xiàn)不同的熒光細(xì)胞與不同的叉指電極配合，從而單獨實現(xiàn)捕捉，在進(jìn)行配對。

優(yōu)選地，所述叉指電極(2)的寬度為10-30μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm，優(yōu)選為15-25μm，進(jìn)一步優(yōu)選為20μm。