[發明專利]一種用于細胞排列與組裝的六邊形表面波聲鑷芯片

有效

• 申請號: 202010061217.9
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111254076B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 楊奕;胡學佳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發明公開了一種用于細胞排列與組裝的六邊形表面波聲鑷芯片，該芯片包括六邊形聲鑷和微流腔體，使用Z切鈮酸鋰壓電基底，并在基底制作了六個叉指換能器，通過不同的波束組合一起各個波束的相位單獨調制，能夠產生遠多于傳統聲鑷的聲場樣式，聲場結構也更加靈活可調，當用于細胞操控組裝時，提供了更加多樣的組裝結構和更加強大的操控能力。各個換能器的單獨調制以及組合應用，并以此進行多波干涉，實現了多樣聲場結構和靈活調控。本發明能夠更加適合各種需要細胞操控和組裝的應用場景，并且無損傷不用接觸，實現了更加靈活的表面波聲場樣式，使其能夠更加適合多樣的生物研究和組織工程的細胞操控需求，具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物組織工程技術領域，尤其涉及一種用于細胞排列與組裝的六邊形表面波聲鑷芯片。

背景技術

在生物組織工程領域，細胞的有序組裝和操控對于可控的細胞生長展現出越來越重要的作用，因為很多細胞的交流和功能實現都基于一定的形狀結構信號，所以為了實現特定的組織功能并引導特定的分化方向，需要對細胞等樣本按照特定的結構進行排列組裝。傳統的細胞排列方式大多是使用模具進行被動式的細胞溶液排列，這樣的方式只能對細胞溶液進行排列，不能直接作用于更小尺寸的細胞，并且與細胞接觸限制的基底會對細胞信息的傳遞和細胞生長都有著消極的影響，無法滿足細胞排列的需求。

表面波聲鑷技術隨著微機電和微流控技術的發展而得到越來越多的應用，其通過在壓電晶體的基底上產生特定波長的聲表面波，并耦合進入微流體之中，細胞等物質由于受到聲力的作用而移動聚集，從而實現細胞的操控。表面波聲鑷由于其易于集成，能夠對細胞進行精準、非接觸式和無損傷的操控的優勢，在生物應用領域有著巨大的前景。傳統聲鑷大多使用了兩對相互垂直的叉指換能器來產生兩束駐波場，并通過駐波場的干涉形成了四方格子聲場，細胞在聲場中受到聲力作用聚集到按四方格子排列的波節中，從而能實現細胞的操控排列。但由于傳統聲鑷大多使用兩束駐波進行干涉，能夠提供的聲場樣式非常有限，難以滿足組織工程以及其他生物研究中對于細胞靈活排列的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種用于細胞排列與組裝的六邊形表面波聲鑷芯片。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種用于細胞排列與組裝的六邊形表面波聲鑷芯片，該芯片包括六邊形聲鑷和微流腔體，二者通過等離子鍵合連接到一起；其中：

微流腔體用于容納細胞溶液，微流腔體的底部設置有微流溝道，微流腔體上還設置有至少一個細胞溶液樣本入口和至少一個細胞溶液樣本出口；

六邊形聲鑷用于產生相干波束，且六邊形聲鑷設置在微流腔體的四周；六邊形聲鑷包括Z切鈮酸鋰基底，以及設置在Z切鈮酸鋰基底上的六個叉指換能器；每個叉指換能器的兩極均通過導線引出，導線與功率放大器、信號源依次相連；

當需要進行細胞組裝排列時，信號源產生射頻信號經過功率放大器放大到特定功率然后施加到特定的叉指換能器上，根據不同的信號配置，不同的換能器被激活或者調制相位，每個換能器產生的聲表面波傳輸到微流腔體中并進行干涉產生不同的聲場樣式；細胞溶液樣本中的細胞在聲場中受到聲力作用被聚集到聲勢阱當中，從而產生對應的結構圖案，實現細胞的組裝排列。

進一步地，本發明的所述六邊形聲鑷在Z切鈮酸鋰基底上聲速與機電耦合系數具有六重對稱性，并從晶向軸X軸開始每60度達到相同的最大值，共設置六個方向，叉指換能器設置在這六個方向上以產生最大聲場強度。

進一步地，本發明的所述微流溝道的制作方法為：

根據軟件繪制好預期的溝道形狀，然后根據形狀制作掩模版，通過紫外光刻技術，將圖形顯影于硅片，得到溝道的硅片模具；

使用有機材料聚二甲基硅氧烷，在硅片模具上澆注未凝固的聚二甲基硅氧烷，在75攝氏度的溫度下熱烘1小時即可凝固，得到半成品；