微流控芯片及其微通道内温度梯度场的建立方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种在微流控芯片微通道内建立温度梯度 场并进行细胞热生物效应研宄的方法。
【背景技术】
[0002] 微流控芯片，是当前微全分析系统（Miniaturized Total Analysis Systems)发 展的热点领域。微流控芯片分析以芯片为操作平台，同时以分析化学为基础，以微机电加工 技术为依托，以微管道网络为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象，是当前微全分析 系统领域发展的重点。它的目标是把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分 离、检测等集成在微芯片上，且可以多次使用。目前工作发展的重点应用领域是生命科学领 域，创新多集中于分离、检测体系方面；对芯片上如何引入实际样品分析的诸多问题，如样 品引入、换样、前处理等有关研宄还十分薄弱，它的发展依赖于多学科交叉的发展。
[0003] 基于微纳米加工工艺制备的微流控芯片分析装置在细胞生物学研宄领域业已展 现出巨大的应用前景，如细胞灌注式培养、药物高通量筛选、细胞病理生理学机制研宄等。 另一方面，温度是影响细胞功能的重要参数之一，温度不但能够调控细胞自身相关基因、蛋 白表达，而且还影响细胞对外源性物理、生化因子的响应。因此，微流控芯片上进行各种细 胞生物学研宄应用时应考虑细胞自身的热生物学效应。
[0004] 传统的细胞热生物效应研宄需要将细胞分别放置在不同的温度环境下（如水浴 锅），该方式一方面需要大量细胞和试剂消耗，另一方面需要不同的温度环境，降低了分析 并行性且不易动态观察细胞形态学变化。
[0005] 现有技术中，有些具有温度场微流控芯片一般微通道内只形成单一或几个均匀温 度场；其他通过金属微图形化工艺集成微加热器，或在微流控芯片底部不同位置放置外围 温度控制元件等方法。北京工业大学报道了面向聚合酶链式反应微流控芯片的多通道智能 温控装置（CN 1995319 A)，其温控装置主要为三个温度传感器和三个电热膜，只能形成三 个均匀温度场不能形成梯度的温度厂，且其工艺集成成本高，芯片键合难度大；北京工业大 学还报道了用于生物PCR荧光定量的微流控芯片（CN 103614292 A)，其温控装置主要利用 的是长金属管的导热性，在不同区域实现均匀的温度，该发明也是形成几个均匀的温度场， 而且长金属管直径远远高于微通道长度，因此会影响对微通道内生物样品显微镜光学的观 察；中国科学院化学研宄所报道了快速恒温微反应器（CN 101096929 A)，装置利用导热块 和温控元件来对被控单元晶型温度的快速变化和恒温控制，该装置需要外部不断调控来实 现被控单元的温度变化。
[0006] 目前已报道了多种微流控芯片的制备方法为了在微流控芯片上实现不同温度参 数的响应，一种策略是在微流控芯片底部不同区域通过金属微图形化工艺集成微加热器和 温度测量单元，或在微流控芯片底部不同位置放置外围温度控制元件(如帕尔贴元件)，以 此用于在微流控芯片上产生不同的温度区域。然而，上述策略要么加工工艺复杂、成本高， 要么难以与微流控芯片集成，且影响芯片系统光学观察。同时，该策略还需充分考虑不同温 度区域间热传导对温度控制的影响；在微流控芯片上产生不同温度区域的另一种策略是在 微流控芯片上形成连续的温度梯度场，将预热和预冷的流体分为注入微流控芯片上的两侧 平行微通道，在热传导作用下在两侧微通道之间的不同微通道内获得连续分布的温度梯度 场，然而，该类策略需要利用流体灌注设备将外围液体引入微流控芯片，增加了微流控芯片 被污染的风险，不利于芯片上进行细胞生物学研宄。
[0007] 基于上述原因和现有的技术，仍然需要进一步开发及优化微流控芯片微通道内建 立温度梯度场的方法。
[0008] 本发明是基于上述现有技术，并针对现有技术的不足进行改进发明的。
【发明内容】
[0009] 有鉴于此，本发明首先提供一种在微流控芯片的制备方法，该微流控芯片，避免了 污染和干扰，不影响芯片系统光学观察提高了分析通量，极大地降低了细胞和试剂耗量，实 现了可设定的温度梯度场。
[0010] 目的之二在于提供一种在微流控芯片微通道内建立温度梯度场的方法，制备工艺 简易，成本低，易集成。
[0011]目的之三在于提供用一种利用本发明的微流控芯片进行细胞热生物效应研宄的 方法。
[0012] 为实现上述目的，本发明的技术方案为： 一种微流控芯片，包括基底11，还包括可在所述基底底部形成均匀的温度场的第一加 热单元12,以及可在所述基底上的微通道区域生成温度梯度场的第二加热单元13,其中， 所述第一加热单元12设置在所述基底的底部，所述第二加热单元13设置在所述基底上，且 贯穿所述微通道14区域。
[0013] 进一步地，所述第一加热单元12为涂覆在所述基底底部的一层铟锡氧化物镀膜。
[0014] 进一步地，所述第二加热单元12为埋设在所述基底上的电阻微丝，且所述电阻微 丝与所述微通道区域内多个并列的微通道14相垂直。
[0015] 更进一步地，所述电阻微丝的直径小于所述微通道14的长度。
[0016] 更进一步地，所述微通道14深100 μ m，宽500 μ m，长5_。
[0017] 更进一步地，所述电阻微丝长10cm。
[0018] 本发明的目的之二在于提供一种利用本发明所述的微流控芯片建立温度梯度场 的方法，具体的，通过所述第一加热单元12加热在微流控芯片基底底部形成均匀的温度 场，通过所述第二加热单元13加热在基底上的微通道区域形成温度梯度变化，进而形成温 度梯度场。
[0019] 为实现上述目的，本发明的技术方案为： 所述微流控芯片的制备材料可采用本领域人员所熟知的材料，如：玻璃-聚二甲基 硅氧烷（PDMS)，温度控制采用了第一加热单元12与第二加热单元13 :外围铟锡氧化物 (indium tin oxid，ΙΤ0)加热器和电阻微丝，具体包括以下步骤： 第一加热单元12加热在微流控芯片底部形成均匀的温度场，第二加热单元13加热在 基底上的微通道区域形成温度梯度变化，对两个加热单元进行综合控制形成温度梯度场。