纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片及制备方法与流程

本发明涉及将微流控芯片技术应用到生物医学检测筛选的技术领域，具体涉及一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片及制备方法。

背景技术：

肿瘤目前已成为威胁人类健康的头号杀手，高效抗肿瘤药物已成为人民健康生活的重大需求。近年来随着纳米技术的发展，纳米颗粒载药治疗肿瘤已经被广泛的研究。通过纳米技术，不仅可以提高药物的水溶性、改善药物在体内的药代动力学参数还可以控制药物的释放速度。但是，就目前来说治疗效果依旧不理想。其原因在于肿瘤微环境在理化性质方面与人体正常内环境存在着许多不相同的地方，比较显著的是其低氧、低ph、高渗透压以及高间质流体压力的特征。也正是因为这些特征，致使药物无法以均匀有效的浓度到达肿瘤组织，导致局部药物浓度不足，这种异质性的药物分布是载药纳米颗粒治疗效果不佳的主要原因。研究如何使纳米颗粒最大限度的到达肿瘤是治疗肿瘤的关键，因此有必要充分的认识纳米颗粒在人体内的输运过程。

纳米颗粒在人体中的运输过程大致可以分为四个阶段，在血管中的输运、穿透血管壁进入组织间隙、在组织间隙中的输运以及进入肿瘤细胞。其中穿透血管壁的输运在整个输运过程中扮演着重要的角色，由于肿瘤血管壁缺少基膜和粘附蛋白导致其血管壁上出现很多孔洞，所以纳米颗粒就可以通过这些孔洞穿透血管壁。然而研究人员却很少进行这方面的研究，对于纳米颗粒的物理化学性质以及血管中的环境对其穿透血管壁效率的影响仍然缺乏一个清晰的认识。因此，建立一种器件来筛选适合穿透血管壁的纳米颗粒和适宜的血管环境是当前肿瘤治疗研究的首要任务。

微流控技术是近年来发展迅速的新兴交叉学科技术，通过在芯片上构建微型通道可以处理或操作微小流体，实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。在空间维度上能够提供更为准确的操作，尺度同实际尺度更相近。因此微流控芯片可以作为模拟人体内环境的平台。目前，利用微流控芯片来筛选适合穿透血管壁的纳米颗粒和适宜的血管环境的研究尚处于空白。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片及制备方法，该微流控芯片能够用来筛选适合穿透血管壁的载药纳米颗粒，其筛选的准确率高，可以满足现代载药纳米颗粒穿透血管屏障医学研究的需要。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片，其特征是：包括流体通道层以及与流体通道层连接的玻璃支撑层，所述流体通道层的下端面与玻璃支撑层的上端面接触，所述流体通道层内设置有流体通道ⅰ和流体通道ⅱ，所述流体通道ⅰ的一端设置有进样口，所述流体通道ⅰ的另一端设置有出样口，所述流体通道ⅰ的中部通过间隙通道与流体通道ⅱ连通，所述流体通道ⅱ的一端设置有渗出口。载药纳米颗粒溶液经压力施加装置从进样口注入流体通道ⅰ，在经过间隙通道时，一部分载药纳米颗粒溶液会通过流体通道ⅰ从出样口流出，另一部分载药纳米颗粒溶液通过间隙通道进入流体通道ⅱ并从渗出口流出，收集渗出口流出的样品溶液。更换载药纳米颗粒溶液重复上述过程，对比收集样品溶液中的载药纳米颗粒含量，即可筛选出更适合穿透肿瘤血管壁的载药纳米颗粒。

所述微流控芯片采用模塑法进行制备，包括以下步骤：

（1）清洗单晶硅片：用去离子水冲洗，完毕后用氮气吹干，然后置于加热台上静置；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，并进行甩涂；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于加热台上静置；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，进行曝光；

（5）显影：对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于加热台上静置，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于硅基模具上，除去气泡，置于加热台上静置使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从硅基模具上揭下，得到pdms基体，即为微流控芯片的流体通道层；

（8）清洗玻璃底片：将玻璃底片依次经过无水乙醇和去离子水的冲洗，然后用氮气吹干；

（9）键合：将pdms基体和玻璃底片一起放入等离子体机中进行清洗，清洗完毕后将pdms基体和玻璃底片贴合且保证贴合面不留气泡，然后用重物压实。

进一步的，所述微流控芯片的制备方法包括以下步骤：

（1）清洗单晶硅片：首先用去离子水冲洗，然后经无水乙醇冲洗，再用去离子水进行冲洗，完毕后用氮气吹干，然后置于90℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，利用匀胶机旋涂仪进行甩涂，转速为700r/min，甩涂时间为20s；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，用曝光机进行曝光；

（5）显影：利用显影液对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置40分钟，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置一个半小时使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从硅基模具上揭下，得到微流控芯片的上层流体通道层；

（8）清洗玻璃底片：将玻璃底片依次经过，无水乙醇和去离子水的冲洗，然后用氮气吹干；所述玻璃底片即为微流控芯片的玻璃支撑层；

（9）键合：将pdms基体和玻璃底片一起放入等离子体机中进行清洗，清洗完毕后将pdms基体和玻璃底片在１分钟内贴合且保证贴合面不留气泡，然后用重物压实，键合时间12ｈ，微流控芯片制作完成。

一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片，包括流体通道层以及与流体通道层连接的流体渗透层，所述流体通道层的下端面和流体渗透层的上端面接触，所述流体通道层上设置有流体通道，所述流体通道设置在流体通道层的下端面，所述流体通道的一端设置有进样口，所述流体通道的另一端设置有出样口；所述流体渗透层上设置有渗出口，所述流体通道的中部通过间隙通道与渗出口连通。采用本技术方案，载药纳米颗粒溶液经压力施加装置从进样口注入流体通道，载药纳米颗粒溶液在流体通道流通的过程中，一部分载药纳米颗粒溶液从出样口流出，另一部分载药纳米颗粒溶液会通过间隙通道进入渗出口，收集渗出口内的载药纳米颗粒溶液。更换载药纳米颗粒溶液重复上述过程，对比收集溶液中的载药纳米颗粒含量，即可筛选出更适合穿透肿瘤血管壁的载药纳米颗粒。

所述微流控芯片采用模塑法进行制备，包括以下步骤：

（1）清洗单晶硅片：用去离子水冲洗，冲洗完毕后用氮气吹干，然后置于加热台上静置；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，并进行甩涂；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于加热台上静置；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，进行曝光；

（5）显影：对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于加热台上静置，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体通道层的硅基模具上，除去气泡，置于加热台上静置使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从流体通道层的硅基模具上揭下，得到流体通道层；然后再以pdms和固化剂按照体积比15:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体渗透层的硅基模具上，除去气泡，置于加热台上静置，在pdms未完全固化时，将其从流体渗透层的硅基模具上揭下，然后迅速与流体通道层对合夹紧；

（8）热键合：将对合夹紧的流体通道层和流体渗透层置于加热台上静置。

进一步的，所述微流控芯片的制备方法包括以下步骤：

（1）首先用去离子水冲洗，然后经无水乙醇冲洗，再用去离子水进行冲洗，完毕后用氮气吹干，然后置于90℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，利用匀胶机旋涂仪进行甩涂，转速为700r/min，甩涂时间为20s；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，用曝光机进行曝光；

（5）显影：利用显影液对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置40分钟，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体通道层的硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置一个半小时使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从流体通道层的硅基模具上揭下，得到微流控芯片的上层；然后再以pdms和固化剂按照体积比15:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体渗透层的硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置30分钟，在pdms未完全固化时，将其从流体渗透层的硅基模具上揭下，然后迅速与流体通道层对合夹紧。

（8）热键合：将对合夹紧的流体通道层和流体渗透层置于80℃微电脑控温加热台上静置10小时，微流控芯片制作完成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：所述微流控芯片能够用来筛选适合穿透血管壁的载药纳米颗粒，其筛选的准确率高，可以满足现代载药纳米颗粒穿透血管屏障医学研究的需要，整个筛选过程中的耗材只有载药纳米颗粒溶液，所以药物筛选的过程成本低，所述微流控芯片的制备工艺也相对简单，制作成本低。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为实施例1中的纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片的平面结构示意图；

图2为实施例1中的纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片的立体结构示意图；

图3为图2中a部的放大图；

图4为实施例2中的纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片的结构示意图。

图中：1-进样口，2-流体通道ⅰ，3-出样口，4-渗出口，5-间隙通道，6-流体通道ⅱ，7-流体通道层，8-玻璃支撑层，9-流体渗透层，10-流体通道。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

实施例1

如图1-3所示，一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片，其特征是：包括流体通道层7以及与流体通道层7连接的玻璃支撑层8，所述流体通道层7的下端面与玻璃支撑层8的上端面接触，所述流体通道层7内设置有流体通道ⅰ2和流体通道ⅱ6，所述流体通道ⅰ2的一端设置有进样口1，所述流体通道ⅰ2的另一端设置有出样口3，所述流体通道ⅰ2的中部通过间隙通道5与流体通道ⅱ6连通，所述流体通道ⅱ6的一端设置有渗出口4。载药纳米颗粒溶液经压力施加装置从进样口1注入流体通道ⅰ2，在经过间隙通道5时，一部分载药纳米颗粒溶液会通过流体通道ⅰ2从出样口3流出，另一部分载药纳米颗粒溶液通过间隙通道5进入流体通道ⅱ6并从渗出口4流出，收集渗出口4流出的样品溶液。更换载药纳米颗粒溶液重复上述过程，对比收集样品溶液中的载药纳米颗粒含量，即可筛选出更适合穿透肿瘤血管壁的载药纳米颗粒。所述间隙通道5的尺寸与肿瘤血管壁缺少基膜和粘附蛋白导致其血管壁上出现的孔洞的尺寸相适配。所述出样口3和渗出口4均可通过导管导出。

所述微流控芯片采用模塑法进行制备，具体方法为：

（1）清洗单晶硅片：首先用去离子水冲洗，然后经无水乙醇冲洗，再用去离子水进行冲洗，完毕后用氮气吹干，然后置于90℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，利用匀胶机旋涂仪进行甩涂，转速为700r/min，甩涂时间为20s；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，用曝光机进行曝光；

（5）显影：利用显影液对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置40分钟，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置一个半小时使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从硅基模具上揭下，得到微流控芯片的上层流体通道层；

（8）清洗玻璃底片：将玻璃底片依次经过，无水乙醇和去离子水的冲洗，然后用氮气吹干；所述玻璃底片即为微流控芯片的玻璃支撑层；

（9）键合：将pdms基体和玻璃底片一起放入等离子体机中进行清洗，清洗完毕后将pdms基体和玻璃底片在１分钟内贴合且保证贴合面不留气泡，然后用重物压实，键合时间12ｈ，微流控芯片制作完成。

所述pdms为聚二甲基硅氮烷聚合物,pdms具有良好的生物相容性和光学特性。所述pdms和固化剂采用美国道康宁sylgard184硅橡胶。

实施例2

一种纳米颗粒跨血管输运高通量筛选的微流控芯片，包括流体通道层7以及与流体通道层连接7的流体渗透层9，所述流体通道层7的下端面和流体渗透层9的上端面接触，所述流体通道层7上设置有流体通道10，所述流体通道10设置在流体通道层7的下端面，所述流体通道10的一端设置有进样口1，所述流体通道10的另一端设置有出样口3；所述流体渗透层9上设置有渗出口4，所述流体通道10的中部通过间隙通道5与渗出口4连通。载药纳米颗粒溶液经压力施加装置从进样口1注入流体通道10，载药纳米颗粒溶液在流体通道10流通的过程中，一部分载药纳米颗粒溶液从出样口3流出，另一部分载药纳米颗粒溶液会通过间隙通道5进入渗出口4，收集渗出口内的载药纳米颗粒溶液。更换载药纳米颗粒溶液重复上述过程，对比收集溶液中的载药纳米颗粒含量，即可筛选出更适合穿透肿瘤血管壁的载药纳米颗粒。所述间隙通道5的尺寸可与肿瘤血管壁缺少基膜和粘附蛋白导致其血管壁上出现的孔洞的尺寸相适配。所述出样口3和渗出口4均可通过导管导出。

所述微流控芯片采用模塑法进行制备，具体方法为：

（1）首先用去离子水冲洗，然后经无水乙醇冲洗，再用去离子水进行冲洗，完毕后用氮气吹干，然后置于90℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（2）涂胶：将正光刻胶涂于单晶硅片表面，利用匀胶机旋涂仪进行甩涂，转速为700r/min，甩涂时间为20s；

（3）烘焙：将甩涂后的单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置15分钟；

（4）曝光：将光刻掩膜板置于光刻胶表面，用曝光机进行曝光；

（5）显影：利用显影液对曝光后的单晶硅片显影，然后用去离子水清洗单晶硅片的表面，氮气吹干；

（6）后烘：将单晶硅片置于60℃微电脑控温加热台上静置40分钟，使硅片表面的光刻胶固化完全，得到硅基模具；

（7）构建微流控芯片：先以pdms和固化剂按照体积比10:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体通道层的硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置一个半小时使pdms完全固化，再将完全固化后的pdms从流体通道层的硅基模具上揭下，得到微流控芯片的上层；然后再以pdms和固化剂按照体积比15:1的比例混合并且搅拌均匀后，倾倒于流体渗透层的硅基模具上，用抽真空泵除去气泡，置于60℃微电脑控温加热台上静置30分钟，在pdms未完全固化时，将其从流体渗透层的硅基模具上揭下，然后迅速与流体通道层对合夹紧。

（8）热键合：将对合夹紧的流体通道层和流体渗透层置于80℃微电脑控温加热台上静置10小时，微流控芯片制作完成。

所述pdms为聚二甲基硅氮烷聚合物,pdms具有良好的生物相容性和光学特性。所述pdms和固化剂采用美国道康宁sylgard184硅橡胶。

本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。