专利名称：微流控生物芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗检测仪器领域，特别是涉及一种微流控生物芯片。
背景技术：
现代男性不孕不育的程度大幅 上升，已经到了一种前所未有的地步。由于心理、工作、环境等各种因素，影响男性的生殖系统，尤其是严重损害生精细胞，导致精子数量和质量下降更甚者可造成不孕不育。精液检查是评价男性生育力的重要指标，是不育症的必查项目。检查内容包括色、量、液化时间、酸碱度、精子计数、活力、存活率及形态等，其中精子活力检测是不可或缺的检测手段之一。目前应用于精子体外分选的方法有上游法、密度梯度离心法、王氏管法、流式细胞术、玻璃纤维过滤法、泳动沉淀法等。但上述方法均存在不同程度的缺点，如上游法在处理过程中会丢失较多的精子量，密度梯度离心法产生较多的死精子及异物，王氏管法采用王氏管系统且费用较高，流式细胞术分离过程中损伤精子细胞膜，降低精子质量且装置价格较高，玻璃纤维过滤法存在精子被破坏及玻璃纤维破碎的潜在可能，泳动沉淀法操作过程复杂且需要特殊的设备。如何解决上述问题，成为亟待解决的难题。自20世纪90年代初Manz等提出微全分析概念以来，微流控芯片技术已得了广泛的应用，如免疫检测、蛋白组分离、细胞分析等。微流控生物芯片在疾病诊断方面表现出巨大的应用潜力，是精子细胞评价及筛选的新的理想平台。一般的，利用微流体分离芯片进行精子细胞筛选的方法，利用层流原理，即流体在管内流动时，其质点彼此互不混杂且沿着与管轴平行的方向呈有条不紊的线状形态的流动。不同的流体在微纳尺寸的管道中，在一定条件下互不相溶而保持层流状态。高活性精子可以从原流体中穿越层流流线界面游动到另一个流体中，而活动力弱和死的精子细胞、白细胞、上皮细胞以及其他杂质则会顺着原流体方向继续流动，从而实现高活性精子的筛选。这种方法虽然能实现活性精子的分离，但不能对不同速度区段的精子分别捕获及筛选。
实用新型内容基于此，有必要提供一种能够实现对不同速度区段的精子分别捕获及筛选的微流控生物芯片。—种微流控生物芯片，用于精子的分级筛选，包括基片以及设置在所述基片上的处理液池、样本池和三条微流体通道，所述处理液池通过所述微流体通道和所述样本池连通，处理液从所述处理液池流出经过所述微流体通道流入所述样本池，所述处理液在所述微流体通道内的流速不同。在一个实施例中，每条所述微流体通道的横截面积相同。在一个实施例中，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。在一个实施例中，每条所述微流体通道的横截面积不相同。 在一个实施例中，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。[0012]在一个实施例中，每条所述微流体通道包括第一级微流体通道和与所述第一级微流体通道连通的第二级微流体通道，所述第二级微流体通道的数量是第一级微流体通道的二倍以上，所述第一级微流体通道和所述处理液池连通，所述第二级微流体通道与所述样本池连通。在一个实施例中，所述 第一级微流体通道、所述第二级微流体通道和所述第三级微流体通道的横截面积相同。在一个实施例中，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。在一个实施例中，所述微流体通道的宽度为10 μ πΓ ΟΟΟ μ ,长度为1000 μ m 50000 μ m,高度为 10 μ m 1000 μ m。在一个实施例中，所述样本池的数量为一个。这种微流控生物芯片在使用时，处理液从处理液池流出，经微流体通道流入样本池。待处理液流速稳定后，将精液进样到样本池，在微流体通道内，高活性精子逆流而上，停留在微流体通道内相应的位置，或者游入处理液池中，而活动力弱和死的精子则留在样本池中。处理液在微流体通道中的流速不同，从而实现对不同速度区段的精子的分别捕获及筛选。
图I为实施例I的微流控生物芯片的结构示意图；图2为实施例2的微流控生物芯片的结构示意图；图3为实施例3的微流控生物芯片的结构示意图；图4为如图3所示的微流控生物芯片的局部结构放大图。
具体实施方式
一种微流控生物芯片，用于精子的分级筛选，包括基片以及设置在基片上的处理液池、样本池和三条微流体通道，处理液池通过微流体通道和样本池连通，处理液从处理液池流出经过微流体通道流入样本池，处理液在微流体通道内的流速不同。这种微流控生物芯片在使用时，将微流体通道内壁以及处理液池、样本池做适当的预处理之后，处理液进样到处理液池，处理液从处理液池流出，经微流体通道流入样本池。在处理液流速稳定后，将精液进样到样本池，在微流体通道内，高活性精子逆流而上，停留在微流体通道内相应的位置，或者游入处理液池中，而活动力弱和死的精子、白细胞、上皮细胞以及其他杂质则留在样本池中。处理液在微流体通道中的流速不同，从而实现对不同速度区段的精子的分别捕获及筛选。对于人类精子，处理液流速可设定在100 μ m/s以内；对于畜牧养殖业中的动物精子，处理液流速可设定在500 μ m/s以内。可以通过优化处理液流速以及时间，分别捕获及筛选不同速度区段的精子。分别吸取微流体通道内捕获及筛选的精子，以及处理液池中的收集液，借助显微镜或计算机辅助精子分析软件等分析手段对收集的精子进行活力分析、形态分析以及功能评价。这种精子分级筛选方法可以避免常规方法造成的精子量丢失、精子质量降低、DNA破坏、装置昂贵、费用较高、应用范围小以及安全性低等问题。微流体通道的宽度为10 μ πΓ ΟΟΟ μ m,长度为1000 μ πΓδΟΟΟΟ μ m,高度为IOym^lOOOym0在实际应用中，可以根据需要调整微流体通道的宽度、长度和高度等条件制备出符合要求的微流控生物芯片。微流控生物芯片可以由石英、玻璃、单晶硅、高分子聚合材料如聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯等适合精子分析的材料制作。微流控生物芯片的各通道内表面可以经特定方式改性，或者将微流控生物芯片材料改性，或者在处理液中加入适宜的添加剂，可以减轻或避免微流控生物芯片各通道表面对精子的吸附。在进行精子分级筛选操作中，可采用流体静压力进样、毛细作用进样、注射泵进样、电动进样、正向压力驱动进样、负压进样、电渗进样等适合精子的进样方式。下面结合具体的实施例对本实用新型进行说明。实施例I如图I所示的微流控生物芯片包括基片10以及设置在基片10上的三个处理液池110、三条微流体通道120和样本池130，三条微流体通道120的横截面积相同。样本池130通过三条微流体通道120分别与相应的处理液池110连通，三条微流体通道120在样本池130周围成辐射状分布。由于处理液具有不可压缩性，通过在不同微流体通道120内设置不同的处理液静压力，三条微流体通道120内的处理液流速各不相同。将微流体通道120内壁以及处理液池110、样本池130做适当的预处理之后，处理液分别进样到处理液池110，使处理液池110中的处理液以不同的流速流入微流体通道120，待流速稳定后，将精液进样到样本池130。高活性精子逆流而上，当处理液的流速与精子的向前运动速度相等时，即有效速度为零时，此速度的精子就被捕获在微流体通道120内相应的位置，而向前运动速度大于处理液流速的精子继续前行游入处理液池110。经过一段时间，不同速度的精子会被捕获在微流体通道120的不同位置或处理液池110中。而活动力弱和死的精子细胞、白细胞、上皮细胞以及其他杂质则停留在样本池130中，从而实现不同速度区段的精子的分别捕获及筛选。在其他实施方式中，微流体通道120的数量可以是四条、五条或者更多，处理液池110的数量可以是四个、五个或者更多，处理液池110和微流体通道120的数量相等。在实际应用中，可以根据需要设计数量合适的微流体通道120和处理液池110，实现更多速度区段的精子的分别捕获、筛选以及评价。实施例2如图2所示，微流控生物芯片包括基片20以及设置在基片20上的三个处理液池210、三条微流体通道220和样本池230，样本池230通过三条微流体通道220与相应的处理液池210连通，三条微流体通道220在样本池230周围成辐射状分布。该微流控生物芯片和如图I所示的微流控生物芯片基本相同，不同之处在于该微流控生物芯片的三条微流体通道220的横截面积各不相同。因为三条微流体通道220的横截面积各不相同，通过在不同微流体通道220内设置相同的处理液静压力，三条微流体通道220内的处理液流速各不相同。在其他实施方式中，微流体通道220的数量可以是四条、五条或者更多，处理液池210的数量可以是四个、五个或者更多，处理液池210和微流体通道220的数量相等。在实际应用中，可以根据需要设计数量合适的微流体通道220和处理液池210，实现更多速度区段的精子的分别捕获、筛选以及评价。微流体通道220横截面积的改变可以通过单一改变微流体通道220的宽、高或二者同时改变，或者通过在微流体通道220内添加阻碍物等多种方式实现。实施例3如图3所示的微流控生物芯片包括基片30以及设置在基片30上的四个处理液池310、四条微流体通道320和样本池330。如图4所示，微流体通道320包括一条第一级微流体通道第一级微流体通道321 ;二条第二级微流体通道第二级微流体通道322和第二级微流体通道323 ;四条第三级微流体通道第三级微流体通道324、第三级微流体通道325、第三级微流体通道326和第三级微流体通道327。第一级微流体通道、第二级微流体通道和第三级微流体通道的横截面积相同。·[0043]第一级微流体通道321的一端和处理液池310连通，第二级微流体通道322的一端和第二级微流体通道323的一端同时与第一级微流体通道321的另一端连通，第三级微流体通道324的一端和第三级微流体通道325的一端同时和第二级微流体通道322的另一端连通，第三级微流体通道326的一端和第三级微流体通道327的一端同时和第二级微流体通道323的另一端连通。第三级微流体通道324的另一端、第三级微流体通道325的另一端、第三级微流体通道326的另一端和第三级微流体通道327的另一端同时与样本池330连通。由于处理液具有不可压缩性，从处理液池310中流出的处理液流经微流体通道320的各级微流体通道的流速不同。处理液流经第三级微流体通道的处理液流速=(1/2)X第二级微流体通道的处理液流速=(1/4) X第一级微流体通道的处理液流速。在其他实施方式中，微流体通道320的数量可以是三条、五条或者更多。第一级微流体通道可以有二条、三条或者更多，处理液池310的数量可以有二个、三个或者更多，处理液池310的数量和微流体通道的数量相同，第二级微流体通道的数量可以是第一级微流体通道数量的三倍、四倍或者五倍及以上，从而实现更多速度区段的精子分别捕获、筛选以及评价。由于处理液具有不可压缩性，第一级微流体通道、第二级微流体通道和第三级微流体通道的横截面积相同，且每一级的微流体通道的数量都不相同，因此不同级的微流体通道内处理液的流速不同。通过设置不同的微流体通道320的相同的静压力或者设置不同微流体通道320的不同静压力。实现更多速度区段的精子的捕获及筛选。微流控生物芯片具有结构简单、体积小、操作容易、精子质量损伤较小、可一次使用且成本低等优点。适合医院、社区诊所和个人家庭等使用，可用于分级筛选男性精子，早期诊断男性不孕不育症，也适用于畜牧养殖业中的动物精子的分级筛选。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种微流控生物芯片，用于精子的分级筛选，其特征在于，包括基片以及设置在所述基片上的处理液池、样本池和三条微流体通道，所述处理液池通过所述微流体通道和所述样本池连通，处理液从所述处理液池流出经过所述微流体通道流入所述样本池，所述处理液在所述微流体通道内的流速不同。
2.根据权利要求I所述的微流控生物芯片，其特征在于，每条所述微流体通道的横截面积相同。
3.根据权利要求2所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。
4.根据权利要求I所述的微流控生物芯片，其特征在于，每条所述微流体通道的横截面积不相同。
5.根据权利要求4所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。
6.根据权利要求I所述的微流控生物芯片，其特征在于，每条所述微流体通道包括第一级微流体通道和与所述第一级微流体通道连通的第二级微流体通道，所述第二级微流体通道的数量是第一级微流体通道的二倍以上，所述第一级微流体通道和所述处理液池连通，所述第二级微流体通道与所述样本池连通。
7.根据权利要求6所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述第一级微流体通道、所述第二级微流体通道和所述第三级微流体通道的横截面积相同。
8.根据权利要求6所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述处理液池的数量和所述微流体通道的数量相同。
9.根据权利要求I所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述微流体通道的宽度为10 μ πΓ ΟΟΟ μ m,长度为 1000 μ m 50000 μ m,高度为 10 μ m 1000 μ m。
10.根据权利要求I所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述样本池的数量为一个。
专利摘要一种微流控生物芯片，用于精子的分级筛选，包括基片以及设置在所述基片上的处理液池、样本池和三条微流体通道，所述处理液池通过所述微流体通道和所述样本池连通，处理液从所述处理液池流出经过所述微流体通道流入所述样本池，所述处理液在所述微流体通道内的流速不同。这种微流控生物芯片在使用时，处理液从处理液池流出，经微流体通道流入样本池。待处理液流速稳定后，将精液进样到样本池，在微流体通道内，高活性精子逆流而上，停留在微流体通道内相应的位置，或者游入处理液池中，而活动力弱和死的精子则留在样本池中。处理液在微流体通道中的流速不同，从而实现对不同速度区段的精子的分别捕获及筛选。
文档编号C12M1/00GK202786220SQ2012203973
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者游璠, 李芳芳, 王小英, 黄石 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院, 深圳中科强华科技有限公司