CN109746064B - 一种梯度磁场微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯度磁场微流控芯片，包括盖片和基片，盖片位于基片的正上方，基片的一表面上镀有导电薄膜，基片镀有导电薄膜的表面上设有具有磁性梯度变化的磁性结构，盖片下表面上设有流体沟道，流体沟道上与磁性结构对应的位置处设有捕获区，捕获区呈膨大状，盖片的两端分别设有注入口和排出口，注入口和排出口分别与流体沟道连通，磁性结构的磁场强度从注入口至排出口的方向依次减少或增加，基片和磁性结构均与盖片通过粘结剂层密封连接。该微流控芯片结构简单，便于制作，成本低廉，能够对不同磁力组分进行分选，进而能够对不同蛋白表达量的循环肿瘤细胞进行分型。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，具体涉及一种梯度磁场微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片可用作为肿瘤分型诊断、辅助治疗及生化分析研究的工具。
背景技术
磁控微流控芯片中磁场力的大小受通道表面电荷、溶液pH值、离子强度和温度等条件的限制小，而且磁场可以不与通道内的物质直接接触而实现控制，极大降低了交叉污染的可能。由于磁性粒子与周围介质之间的磁化率有很大差别，因此，利用磁场可以将其方便地与周围介质分离，这一特性使其在微流控芯片分离富集方面的优势显得尤为突出。随着微电子机械***技术的进步，在微流控芯片中加工微尺度甚至阵列电磁线圈和磁体成为可能，通过磁力捕获磁珠也具有很广泛的运用前景。
磁场的强度是磁珠能否被捕获的一个影响因素，此外磁场的梯度也会对捕获力产生很大的影响。如在一个均匀磁场中，由于磁场的梯度为零，无论磁场强度有多高磁珠仍不能被磁场所捕获，而在一个磁场强度较弱的情况下，增强磁场梯度，可以获得足够大的磁珠捕获力，利用这一原理采用电镀工艺在微流体芯片内部加工出微型镍结构，通过外加磁场磁化微型镍柱进行磁珠捕获，该方法避免了电磁器件的热效应问题，也可以在芯片局部对磁珠进行比较有效的操控(张志凌，余旭，庞代文.发明专利：一种微磁场控制的微流控芯片及其制作方法.专利号：ZL201010196067.9，授权公告日：2012.07.04.)。如专利CN105772123A。施加电流后产生磁场，通过调节电流的大小可以灵活调控磁场强度，同时通过控制电流的开关可以控制磁场的有无，集成度高，但增大电流也会产生焦耳热问题，影响实验结果的准确性。并且目前缺乏简单有效的方法调控磁场的梯度变化，对不同磁性大小的组分进行精确的操控。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种梯度磁场微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片结构简单，便于制作，成本低廉，能够对不同磁力组分进行分选，进而能够对不同蛋白表达量的循环肿瘤细胞进行分型。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种梯度磁场微流控芯片，包括盖片和基片，盖片位于基片的正上方，基片的一表面上镀有导电薄膜，基片镀有导电薄膜的表面上设有具有磁性梯度变化的磁性结构，盖片下表面上设有流体沟道，流体沟道上与磁性结构对应的位置处设有捕获区，捕获区呈膨大状，盖片的两端分别设有注入口和排出口，注入口和排出口分别与流体沟道连通，磁性结构的磁场强度从注入口至排出口的方向依次减少或增加，基片和磁性结构均与盖片通过粘结剂层密封连接。
所述的磁性结构包括多个镍阵列，多个镍阵列沿流体沟道的延伸方向依次排列，镍阵列由多个均匀密布且相互平行的镍条构成，各镍条均垂直于流体沟道的延伸方向，各镍条在竖直方向的投影相同，相邻镍阵列中的任意两镍条相互平行，磁性结构呈楔形，磁性结构中镍条的高度从注入口至排出口的方向依次增加，捕获区的个数与镍阵列的个数相同，各捕获区位于对应的镍阵列的正上方。
所述的镍条由多个均匀密布的镍块构成，相邻两镍条中的镍块呈锯齿状分布。
各镍块呈方形，所有镍块的宽度和长度均相等。
磁性结构中镍块的高度为10-60μm，距离注入口最近的镍条中镍块的高度为10μm，距离排出口最近的镍条中镍块的高度为60μm。
所述的捕获区和流体沟道均呈方形，捕获区的宽度大于流体沟道的宽度。
所述的导电薄膜为氧化铟锡膜，盖片的材质为聚二甲基硅氧烷。
本发明的梯度磁场微流控芯片的工作原理为：
在外加磁场的诱导下，磁性结构会诱导产生梯度变化的磁场，磁场强度从注入口到排出口的方向依次增强，液体中不同细胞上的标志物含量不同，导致不同细胞上的磁球结合量不同，因而具有不同的磁性，液体在通过流体沟道时，具有不同磁性的细胞在流体通道不同位置被捕获，从而实现循环肿瘤细胞亚型的分型。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、本发明的微流控芯片在检测液体样品时，由于磁性结构高度的梯度变化，使诱导产生的磁场呈梯度分布。
2、将液体样本从注入口注入，目标细胞在流体沟道中通过时由于不同肿瘤细胞表面蛋白表达量不同，导致结合的磁珠量不同，从而不同目标细胞实现分区捕获。
3、利用本发明的微流控芯片进行液体样品的分离和富集，受外界因素干扰较小，不易堵塞流体沟道。
4、本发明的微流控芯片结构简单，易于制作加工，制作成本低，而且捕获时间短、捕获效率高。
附图说明
图1为梯度磁场微流控芯片的结构示意图(透视图)。
图2为图1的主视图。
图3为图1的俯视图。
图4为盖片的结构示意图。
其中、1-盖片、2-基片、3-注入口、4-排出口、5-镍阵列、6-流体沟道、7-粘结剂层、8-捕获区、9-镍条、10-镍块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供的梯度磁场微流控芯片的结构示意图如图1、图2和图3所示，包括盖片1和基片2，盖片1和基片2均呈方形，盖片1位于基片2的正上方。
盖片1的材质为聚二甲基硅氧烷，如图4所示，盖片1下表面上沿其长度方向设有方形的流体沟道6，本实施例中，流体沟道的长度为50mm。流体沟道6上沿其长度方向依次设有两个捕获区8，捕获区8相对流体沟道6呈膨大状。捕获区8呈方形，捕获区8的深度和流体沟道6的深度相同，捕获区8的宽度大于流体沟道6的宽度。本实施例中，捕获区的长度为3mm，宽度为2mm。盖片1的两端分别设有注入口3和排出口4，注入口3和排出口4分别与流体沟道6的两端连通。本实施例中，两个捕获区分别距离注入口25mm和30mm。
基片2为ITO导电玻璃，如图2和图3所示，基片2的氧化铟锡膜上镀有具有磁性梯度变化的磁性结构。磁性结构包括两个镍阵列5，两镍阵列5沿基片的长度方向依次排列，两捕获区8分别位于两镍阵列5的正上方。镍阵列5由多个沿基片长度方向均匀密布且相互平行的镍条9构成，各镍条9均垂直于流体沟道6。
镍条9由多个均匀密布的镍块10构成，相邻两镍条9中的镍块10呈锯齿状分布。各镍块10呈方形，所有镍块10的宽度和长度均相等。磁性结构呈楔形，磁性结构中镍条9的高度从注入口至排出口的方向依次增加。磁性结构中镍条9的高度为10-60μm，距离注入口最近的镍条9中镍块10的高度为10μm，距离排出口最近的镍条9中镍块10的高度为60μm。
基片2和磁性结构均与盖片1通过粘结剂层7密封连接。
试验一、本发明的梯度磁场微流控芯片的分离试验
试验方法：
1、将一玻璃片的两端分别固定两块磁铁，然后将本发明的梯度磁场微流控芯片放置在玻璃片上，使磁性结构位于两个磁铁的正中间位置处；
2、取20mL直径为10μm的Affimag SLE磁性微球和20mL直径为380nm的Affimag SLE磁性微球进行混合，得到混合尺寸的的磁球混合液。3、向磁球混合液加入160mL的DI水，得到200mL的磁球混合液；
4、将200mL磁球混合液以10μL/Min的速度从注入口注入流体通道中，并用显微镜进行观察。
实验结果：
直径为10μm磁球在离注入口较近的捕获区聚集，直径为380nm磁球在离注入口较远的捕获区聚集。
Claims (6)
1.一种梯度磁场微流控芯片，包括盖片和基片，盖片位于基片的正上方，其特征在于：基片的一表面上镀有导电薄膜，基片镀有导电薄膜的表面上设有具有磁性梯度变化的磁性结构，磁性结构包括多个镍阵列，多个镍阵列沿流体沟道的延伸方向依次排列，镍阵列由多个均匀密布且相互平行的镍条构成，各镍条均垂直于流体沟道的延伸方向，各镍条在竖直方向的投影相同，相邻镍阵列中的任意两镍条相互平行，磁性结构呈楔形，磁性结构中镍条的高度从注入口至排出口的方向依次增加；
盖片下表面上设有流体沟道，流体沟道上与磁性结构对应的位置处设有捕获区，捕获区呈膨大状，捕获区的个数与镍阵列的个数相同，各捕获区位于对应的镍阵列的正上方，盖片的两端分别设有注入口和排出口，注入口和排出口分别与流体沟道连通，磁性结构的磁场强度从注入口至排出口的方向依次减少或增加，基片和磁性结构均与盖片通过粘结剂层密封连接。
2.据权利要求1所 述的梯度磁场微流控芯片，其特征在于：所述的镍条由多个均匀密布的镍块构成，相邻两镍条中的镍块呈锯齿状分布。
3.据权利要求2所 述的梯度磁场微流控芯片，其特征在于：各镍块呈方形，所有镍块的宽度和长度均相等。
4.据权利要求2所述的梯度磁场微流控芯片，其特征在于：磁性结构中距离注入口最近的镍条中镍块的高度较低，距离排出口最近的镍条中镍块的较高。
5.据权利要求1所述的梯度磁场微流控芯片，其特征在于：所述的捕获区和流体沟道均呈方形，捕获区的宽度大于流体沟道的宽度。
6.据权利要求1所述的梯度磁场微流控芯片，其特征在于：所述的导电薄膜为氧化铟锡膜，盖片的材质为聚二甲基硅氧烷。
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