一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片及其制备方法与应用与流程

文档序号:12147534阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片,其特征在于基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片由ITO玻璃基底(1)和PDMS盖片(6)组成;

所述的ITO玻璃基底(1)的中心位置设有一个中心螺旋电极(10),在中心螺旋电极(10)的后面设置激发电极a(2),在中心螺旋电极(10)的左面设置激发电极b(5),在中心螺旋电极(10)的前面设置激发电极c(4),在中心螺旋电极(10)的右面设置激发电极d(3);

所述的中心螺旋电极(10)、激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)由ITO玻璃基底(1)表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到;所述的中心螺旋电极(10)、激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的厚度均为200nm;

中心螺旋电极(10)由四个极板螺旋卷绕组成,四个极板的起点分别与激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的一端相连接,且每个极板的终点与起点的位置顺时针相差90°;所述的与激发电极a(2)和激发电极c(4)相连接的极板起点之间的距离为D1,所述的与激发电极b(5)和激发电极d(3)相连接的极板起点之间的距离为D1,D1=830μm;所述的与激发电极a(2)和激发电极c(4)相连接的极板终点之间的距离为D2,所述的与激发电极b(5)和激发电极d(3)相连接的极板终点之间的距离为D2,D2=148μm;所述的中心螺旋电极(10)中极板之间的间隙d2为100μm,且极板的宽度d1为100μm;

所述的PDMS盖片(6)的下表面设有粒子流道(11),粒子流道(11)的中心位置设有方形中心空腔(12),粒子流道(11)的一端设有圆形入口腔(7),在圆形入口腔(7)的中心设有贯穿PDMS盖片(6)的流道入口(8),粒子流道(11)的另一端设有圆形出口腔(13),在圆形出口腔(13)的中心设有贯穿PDMS盖片(6)的流道出口(9);所述的方形中心空腔(12)的边长为1200μm;

所述的粒子流道(11)深500μm;所述的方形中心空腔(12)深500μm;所述的圆形入口腔(7)深500μm;所述的圆形出口腔(13)深500μm;

ITO玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(6)下表面相对密封,且中心螺旋电极(10)置于方形中心空腔(12)的中心位置,方形中心空腔(12)范围把激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的内端部包容在内。

2.根据权利要求1所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片,其特征在于所述的PDMS盖片(6)的厚度为5mm~7mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片,其特征在于所述的PDMS盖片(6)的厚度为5mm。

4.如权利要求1所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的制备方法,其特征在于一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的制备方法,是按以下步骤进行的:

一、PDMS流道加工:

①、流道结构的完整模子的制备:通过激光切割加工出PMMA流道模子,利用双面胶将PMMA流道模子粘贴在清洗干净的玻璃片基底上,得到流道结构模子;所述的PMMA流道模子的厚度为500μm;

②、硅烷化处理剂的配置:将PDMS与固化剂混合,搅拌均匀,然后置于真空泵中抽真空30min,得到硅烷化处理剂;

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1;

③、浇筑PDMS:用锡箔纸将流道结构模子包覆成一个方形开口槽,且流道一侧朝上放置,然后把锡箔纸包好的流道结构模子放置在真空泵中,将硅烷化处理剂注入锡箔纸包好的流道结构模子,抽真空2min~3min,静置10min~15min,再在硅烷处理后的流道结构模子上浇筑PDMS,抽真空20min,至无气泡后,置于温度为80℃下加热2h,固化;

④、PDMS流道处理:将固化后的PDMS从流道结构模子上揭下,并用刀片将其切割成规则的形状,然后用打孔器打好流道入口(8)及流道出口(9),得到PDMS盖片(6);

二、电极的加工:

①、清洗ITO玻璃:首先将ITO玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min~15min,再用等离子水冲洗,氮气吹干,然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为80℃~120℃下加热15min~30min,得到预处理后的ITO玻璃;

②、甩胶:在转速为3100r/s的条件下,利用甩胶机及光刻胶AZ4620对预处理后的ITO玻璃进行甩胶40s,然后在温度为100℃的条件下,加热6min,得到甩胶后的ITO玻璃;

③、曝光:将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ITO掩膜贴在甩胶后的ITO玻璃上,在紫外灯下曝光,得到曝光后的ITO玻璃;

④、显影:利用光刻胶AZ4620专用显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影,显影时间为4min~5min,得到显影后的ITO玻璃;

⑤、腐蚀:将显影后的ITO玻璃置于质量百分数为60%的盐酸溶液与氯化铁催化剂的混合液中,浸泡40min,得到腐蚀后的ITO玻璃;

所述的质量百分数为60%的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为1mL:(10~50)mg;

⑥、去除光刻胶:将腐蚀后的ITO玻璃置于质量百分数为5%的NaOH溶液中浸泡,去除光刻胶,得到ITO玻璃基底(1);

三、芯片的制备:

将ITO玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(6)设有流道的一侧朝上,并列置于等离子机的腔室内,在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下,曝光32s,然后再在显微镜下,将ITO玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(6)设有流道的一侧相对放置,且中心螺旋电极(10)置于方形中心空腔(12)的中心位置,方形中心空腔(12)范围把激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的内端部包容在内,按压3min~10min,将按压后的芯片置于温度为80℃下加热30min,得到基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片。

5.根据权利要求4所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的制备方法,其特征在于步骤二⑥中所述的ITO玻璃基底(1)的中心位置设有一个中心螺旋电极(10),在中心螺旋电极(10)的后面设置激发电极a(2),在中心螺旋电极(10)的左面设置激发电极b(5),在中心螺旋电极(10)的前面设置激发电极c(4),在中心螺旋电极(10)的右面设置激发电极d(3);

所述的中心螺旋电极(10)、激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)由ITO玻璃基底(1)表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到;所述的中心螺旋电极(10)、激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的厚度均为200nm;

中心螺旋电极(10)由四个极板螺旋卷绕组成,四个极板的起点分别与激发电极a(2)、激发电极b(5)、激发电极c(4)及激发电极d(3)的一端相连接,且每个极板的终点与起点的位置顺时针相差90°;所述的与激发电极a(2)和激发电极c(4)相连接的极板起点之间的距离为D1,所述的与激发电极b(5)和激发电极d(3)相连接的极板起点之间的距离为D1,D1=830μm;所述的与激发电极a(2)和激发电极c(4)相连接的极板终点之间的距离为D2,所述的与激发电极b(5)和激发电极d(3)相连接的极板终点之间的距离为D2,D2=148μm;所述的中心螺旋电极(10)中极板之间的间隙d2为100μm,且极板的宽度d1为100μm。

6.根据权利要求4所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的制备方法,其特征在于步骤一④中所述的PDMS盖片(6)的下表面设有粒子流道(11),粒子流道(11)的中心位置设有方形中心空腔(12),粒子流道(11)的一端设有圆形入口腔(7),在圆形入口腔(7)的中心设有贯穿PDMS盖片(6)的流道入口(8),粒子流道(11)的另一端设有圆形出口腔(13),在圆形出口腔(13)的中心设有贯穿PDMS盖片(6)的流道出口(9);所述的PDMS盖片(6)的厚度为5mm~7mm;所述的方形中心空腔(12)的边长为1200μm;

所述的粒子流道(11)深500μm;所述的方形中心空腔(12)深500μm;所述的圆形入口腔(7)深500μm;所述的圆形出口腔(13)深500μm。

7.根据权利要求4所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的制备方法,其特征在于步骤一②中所述的PDMS为美国道康宁DC184A组分;步骤一②中所述的固化剂为美国道康宁DC184B组分;步骤一③中所述的PDMS为美国道康宁DC184A组分。

8.如权利要求1所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的应用,其特征在于芯片用于细胞与颗粒分离,具体是按以下步骤进行的:

一、颗粒准备:

①、缓冲液的配制:向去离子水中加入氯化钾,得到电导率为1mS/m的缓冲液II,然后将电导率为1mS/m的缓冲液II与PS微球混合,得到浓度为1000个/μL的PS微球溶液,将电导率为1mS/m的缓冲液II与酵母菌混合,得到浓度为1000个/μL的酵母菌溶液,将浓度为1000个/μL的PS微球溶液和浓度为1000个/μL的酵母菌溶液混合,得到实验溶液C;

所述的浓度为1000个/μL的PS微球溶液与浓度为1000个/μL的酵母菌溶液的体积比为1:1;

②、将无水乙醇与吐温溶液混合,得到A溶液,再将A溶液与实验溶液C混合,得到D溶液;

所述的无水乙醇与吐温溶液的体积比为9:1;所述的A溶液与实验溶液C的体积比为1:99;

二、细胞与颗粒分离:

①、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关,观察设备运转是否正常,然后打开Q-Capture Pro图像采集软件,实时观察显微镜载物台;

②、将基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片固定在显微镜载物台上,调好芯片位置和焦距,在流道出口(9)处滴入缓冲液II,至基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的流道润湿,然后将500μL的微量进样器固定在注射泵上,微量进样器吸入300μL D溶液,再将连接微量进样器的金属连接器插入流道入口(8),密封;

③、连接好基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的电极和信号放大器之间的导线,激发电极a(2)施加电信号为Acos(ωt)的行波电场、激发电极d(3)施加电信号为Acos(ωt+π/2)的行波电场,激发电极c(4)施加电信号为Acos(ωt+π)的行波电场,激发电极b(5)施加电信号为Acos(ωt+3π/2)的行波电场,施加的电信号频率范围为100KHz~800KHz,施加的电压范围为8Vpp~15Vpp;

④、启动注射泵,让D溶液以100微米/s~200微米/s的流速流入,当流道内D溶液灌满整个流道时,停止泵送,按下信号发生器上的施加信号按钮;

⑤、再次调整好焦距和基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的位置,直至PS微球和酵母菌清晰,进行视频的检测和录制;

⑥、重步骤二③~⑤步,不断调整电压、频率和流速,观察现象并记录;

⑦、数据的处理和分析。

9.根据权利要求8所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的应用,其特征在于步骤一①中所述的PS微球的粒径为4微米~5微米。

10.根据权利要求8所述的一种基于行波介电泳的细胞与颗粒分离芯片的应用,其特征在于步骤二②所述的金属连接器直径为1mm。

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