CN115138402A - 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 - Google Patents
一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115138402A CN115138402A CN202110348997.XA CN202110348997A CN115138402A CN 115138402 A CN115138402 A CN 115138402A CN 202110348997 A CN202110348997 A CN 202110348997A CN 115138402 A CN115138402 A CN 115138402A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- concentration gradient
- microfluidic chip
- sample injection
- forming part
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 claims abstract description 56
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 23
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 23
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 23
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 23
- 239000008272 agar Substances 0.000 claims description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 9
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 13
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 7
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000003399 chemotactic effect Effects 0.000 description 3
- 241000191291 Abies alba Species 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003447 ipsilateral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002975 chemoattractant Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000002085 irritant Substances 0.000 description 1
- 231100000021 irritant Toxicity 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
- C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
- C12Q1/06—Quantitative determination
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用。具体地，所述方法包括：1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；2)配制融化的琼脂凝胶溶液，所述琼脂凝胶溶液的浓度为0.15％‑0.3％；3)将琼脂凝胶溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。本发明的通道设计简单，梯度稳定保持12小时以上，通过调节通道的尺寸，可实现5‑100％的浓度梯度差。
Description
技术领域
本发明属于微流控领域，具体涉及一种基于微流控芯片的化学浓度梯度建立的方法。
背景技术
微流控技术是指在人工制造的微***内操作微体积(mL、nL、pL)液体的一套技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。
生物化学分子如生长因子、蛋白质信号、趋化物等常形成化学浓度梯度在许多生物过程中发挥重要的作用。尤其是微生物在自然界中往往面临复杂多变的环境，因此许多微生物进化出拥有高效的趋化***识别环境中的化学物浓度，并沿着浓度梯度运动实现趋利避害的目的。为了研究这些复杂的生物现象，科学家们需要在体外建立化学物质的浓度梯度模拟生物体所处的微环境。现有的用于建立化学浓度梯度的微流控技术是利用液流之间的层流，在并行的液流间通过扩散进行传质，形成垂直于液流方向的浓度梯度。通过控制液体流速和接触时间可快速形成线性的浓度梯度，并在连续提供液流的条件下可长时间保持稳定。常见的微流控芯片结构有T型结构和圣诞树结构，T型结构是将两个或多个微通道连接到一个微通道形成T型结构，圣诞树结构则是设计多层不断分支的微通道实现液流反复分流和汇合，最后在一个主通道中形成混合的浓度梯度。
传统的浓度梯度发生器的种类包括Zigmomd腔、Boyden趋化小室、Dunn腔、生物凝胶等。但这些传统的方法难以对化学浓度梯度实现精确、可控的调节，而且维持的时间较短。与传统的方法相比，微流控技术的优势在于可形成稳定、可控、可量化的化学物质浓度梯度,还可以根据实验需求设计和加工微通道的结构,结合显微镜技术更有利于追踪单细胞的运动轨迹。
目前最常见的基于微流控技术的浓度梯度生成器是并流式生成器，该技术的缺点，第一是需要持续提供液流维持浓度梯度的稳定，造成大量试剂的消耗；第二，连续的液流会产生机械力对细胞或细菌产生伤害；第三，为了实现浓度的精确调控常需要复杂的结构设计。所以现有技术中缺乏结构简单、能快速形成稳定浓度梯度，无需耗费大量昂贵试剂的具有浓度梯度微流控芯片。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的缺陷，设计了特定尺寸的微流控芯片，只需利用一定浓度的琼脂凝胶控制化合物扩散的速率就可产生稳定的浓度梯度，并且保持长时间的稳定，同时减少液流剪切力对细胞带来的损害。
本发明一个方面提供了一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；所述微流控芯片上的通道通过具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，在进样部位置的PDMS层打孔至通道，形成进样孔，然后与玻片键合，形成密封的微流控芯片；
2)配制琼脂凝胶溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.15％-0.3％；
3)将琼脂溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
在本发明的技术方案中，还包括步骤4)将活性成分和或染料通过通道的一侧进样孔注入，静置后获得具有浓度梯度的微流控芯片。
在本发明的技术方案中，其中所述微流控芯片上通道的横截面为矩形。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的深度为40-55μm。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的宽度为0.8-2.5mm。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的长度为0.8-2.5cm。
在本发明的技术方案中，所述进样孔的孔径为微流控芯片上通道宽度的50％-100％，优选为1.1-1.5mm。
在本发明的技术方案中，所述琼脂凝胶溶液的浓度为0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％。
在本发明的技术方案中，微流控芯片上通道的数量为一条以上。
本发明另一个方面提供了另一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片，所述微流控芯片上设置有通道，所述通道包括浓度梯度形成部以及设置在浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；所述微流控芯片上的通道通过具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，在进样部位置的PDMS层打孔至通道，形成进样孔，然后与玻片键合，形成密封的、包含浓度梯度形成部以及进样部的通道，；且所述通道内还包含琼脂凝胶，所述琼脂凝胶的浓度为0.15％-0.3％。
在本发明的技术方案中，其中所述微流控芯片上通道的横截面为矩形。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的深度为40-55μm。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的宽度为0.8-2.5mm。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的长度为0.8-2.5cm。
在本发明的技术方案中，所述进样孔的孔径为微流控芯片上通道宽度的50％-100％.。
在本发明的技术方案中，微流控芯片上通道的数量为一条以上。
在本发明的技术方案中，所述的微流控芯片上通道的浓度梯度形成部为横截面呈矩形的长条形凹槽，进样部和出样部分别与浓度梯度形成部联通。
本发明再一个方面提供了一种上述微流控芯片的应用，所述应用为用于低倍镜下微生物或细胞的追踪设备。
本发明再一个方面提供了一种微生物或细胞的示踪设备，所述设备包括本发明上述的微流控芯片以及观察或记录设备，优选地，所述观察或记录设备选自荧光倒置显微镜。
有益效果
本发明的优点在于通道设计简单，而且不需要持续提供液流，只需利用不同浓度的琼脂控制化学物扩散的速率就可产生不同的浓度梯度，并且稳定保持12小时。由于细菌或细胞不会直接暴露于液流中，减少剪切力带来的损害。能保证细胞在本发明中的芯片微型通道内进行三维运动追踪的过程中浓度梯度保持稳定。本发明的微流控芯片设计简单，制作方便，只需少量的试剂；并通过调节通道的尺寸，可实现5-100％的浓度梯度差。
附图说明
图1为本发明中微流控芯片中通道结构示意图。其中，1为浓度梯度形成部、2为进样部、3为进样孔。本发明的优点在于通道设计简单，而且不需要持续提供液流，只需利用不同浓度的琼脂控制化学物扩散的速率就可产生不同的浓度梯度，并且稳定保持12小时。由于细菌或细胞不会直接暴露于液流中，减少剪切力带来的损害。能保证细胞在本发明中的芯片微型通道内进行三维运动追踪的过程中浓度梯度保持稳定。本发明的微流控芯片设计简单，制作方便，只需少量的试剂。通过调节通道的尺寸，可实现5-100％的浓度梯度差。
图2为荧光染料在通道中形成的浓度梯度的灰度值分析。利用荧光染料对化学梯度进行示踪展现，显微镜下可以看到通道内的荧光强度从荧光染料注入一端向另一端依次降低。利用灰度值分析荧光染料分布数据，得到荧光染料在通道内的浓度变化，图3显示荧光染料表现良好的浓度梯度。
图3为本发明中微流控芯片的实物照片图，其中该微流控芯片上设置有8条通道。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面结合附图说明本发明的方案。
本发明具体的实施例提供了一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；；所述微流控芯片上的通道通过具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，在进样部位置的PDMS层打孔至通道，形成进样孔，然后与玻片键合，形成包含浓度梯度形成部以及进样部的通道，。
2)配制琼脂溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.15％-0.3％；
3)将琼脂溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶
在本发明的一些实施例中，还包括步骤4)将活性成分和或染料通过通道的一侧进样孔注入，静置后获得具有浓度梯度的微流控芯片。
在本发明的一些实施例中，其中所述微流控芯片上通道的横截面为矩形。
在本发明的一些实施例中，所述的微流控芯片上通道的深度为40-55μm。在本发明中，发明人发现通道的深度影响着琼脂凝胶的状态，当通道的深度过深时，例如大于80μm时，无法形成稳定的凝胶结构，进而无法形成有效的浓度梯度；而深度低于80μm时，能够形成稳定的凝胶结构，能够形成有效的浓度梯度。
在本发明的一些实施例中，所述的微流控芯片上通道的宽度为0.8-2.5mm。
在本发明的一些实施例中，所述的微流控芯片上通道的长度为0.8-2.5cm。在本发明中，由于琼脂凝胶的浓度很低，如果形成浓度梯度的时间过长则导致由于琼脂凝胶浓度变化而无法形成有效的浓度梯度，所以需要控制通道的长度为0.8-2.5cm。
在本发明的一些实施例中，所述进样孔的孔径为微流控芯片上通道宽度的50％-100％，优选为1-1.5mm。
在本发明的一些实施例中，所述琼脂凝胶溶液的浓度为0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.30％。在本发明中，琼脂凝胶溶液的浓度非常稀，这样配合特殊的通道尺寸，可以实现形成均匀的稳定凝胶结构，进而加入染料或活性成分后可以形成浓度梯度。如琼脂浓度再小，则无法形成稳定凝胶结构，而如果浓度太大则导致建立梯度需要的时间过长，时间过长又会导致凝胶结构中水分丧失过多而使得凝胶浓度再次改变。
在本发明的一些实施例中，微流控芯片上通道的数量为一条以上。
在本发明的一些实施例中，在形成凝胶后在加入活性成分或染料的同侧进样孔或异侧进样孔加入微生物或单细胞，并可以观察微生物或单细胞的活动。
在本发明的一些实施例中，步骤1)中，采用光刻技术获得具有通道的微流控芯片，与微流控芯片制作的常规流程相同，将设计好的通道画成CAD文件后，由第三方公司制作成载有结构信息的菲林。通过光刻过程，将菲林上的结构刻蚀在硅片上，利用SU8-3050光刻胶，根据光刻胶性质选择合适的光刻参数，制作成高度为40-55μm的微型通道。最后将PDMS平铺在载有结构的硅片上，置于80℃烘箱烘至凝固。待PDMS凝固后，将PDMS块从硅片上揭取下来，将通道结构切割下来，在进样部位置打孔，形成穿过上层PDMS到达通道的进样孔，然后通过等离子键合将PDMS结构键合于洁净的玻片上。
将得到的载有PDMS结构的芯片用于构建化学物浓度梯度。在通道一端的进样孔注入加热后的琼脂凝胶溶液，待其充满整个腔室后放置冷却凝固，随后将荧光染料从另一进样口注入。此时，可通过调节琼脂凝胶浓度来控制化学梯度的大小及梯度形成所需时间，琼脂凝胶浓度设置在0.15％-0.3％。待一定时间后浓度梯度完成建立，再在注入琼脂凝胶溶液的入口注入需要研究的细菌样品，待细菌在通道内发生趋化运动，就可以将芯片置于显微镜下进行实时观测。
在本发明的一些实施例中，所述的染料为任意具有在自然光或紫外光下显色的染料，例如荧光染料。
在本发明的一些实施例中，所述的活性物质包括任意对细胞或微生物有作用的物质，例如营养物质，药物，刺激性物质等。
实施例1制备微流控芯片
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度50μm；宽度为1.5mm，长度为1cm；采用光刻方法制备具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，并在PDMS层进样部的位置打到达通道的进样孔，进样孔的直径为1.1mm。
2)配制融化的琼脂凝胶溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.15％；
3)将琼脂溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
实施例2制备微流控芯片
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度45μm；宽度为1.5mm，长度为1cm；采用光刻方法制备具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，并在PDMS层进样部的位置打到达通道的进样孔，进样孔的直径为1.1mm，然后与玻片键合。
2)配制融化的琼脂凝胶溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.15％；
3)将琼脂凝胶溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
实施例3制备微流控芯片
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度80μm，宽度为1.5mm，长度为1cm；采用光刻方法制备具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，然后在PDMS层进样部的位置打到达通道的进样孔，进样孔的直径为1.1mm，然后再与玻片键合；
2)配制琼脂凝胶溶液，所述琼脂凝胶溶液的浓度为0.15％；
3)将琼脂凝胶溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
实施例4制备微流控芯片
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度90μm，宽度为1.5mm，长度为1cm；采用光刻方法制备具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，然后在PDMS层进样部的位置打到达通道的进样孔，进样孔的直径为1.1mm，然后再与玻片键合；
2)配制琼脂凝胶溶液，所述琼脂凝胶溶液的浓度为0.15％；
3)将琼脂凝胶溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶
对比实施例1-4的琼脂凝胶的状态可知，实施例1-3凝胶均一稳定，而实施例4的凝胶容易破碎，说明深度对于凝胶状态影响较大，需要控制通道的深度在80μm以下。
实施例5制备微流控芯片
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度90μm，宽度为2.5mm，长度为1cm；采用光刻方法制备具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，然后在PDMS层进样部的位置打到达通道的进样孔，进样孔的直径为1.5mm，在与玻片键合；
2)配制琼脂溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.3％；
3)将琼脂溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
实施例5的凝胶状态均一稳定。
实施例6应用
采用实施例1制备得到的微流控芯片，在进样孔中加入荧光染料，并通过对荧光颜料颜色的分析获得灰度值，进一步分析灰度值评估浓度梯度是否形成。
本发明用于建立稳定的化学物浓度梯度，实验结果与预期一样，能通过调整琼脂的浓度实现产生不同浓度分布的梯度。图2显示了荧光染料在通道中形成的浓度梯度的灰度值分析。利用荧光染料对化学梯度进行示踪展现，显微镜下可以看到通道内的荧光强度从荧光染料注入一端向另一端依次降低。利用灰度值分析荧光染料分布数据，得到荧光染料在通道内的浓度变化，图3显示荧光染料表现良好的浓度梯度。且该浓度梯度可以保护至少12小时。且能够实现5％-100％的浓度差。
Claims (10)
1.一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)获得具有特定尺寸通道的微流控芯片，所述微流控芯片上的通道包括浓度梯度形成部以及设置中浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；所述微流控芯片上的通道通过具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，在进样部位置的PDMS层打孔至通道，形成进样孔；然后与玻片键合，形成包含浓度梯度形成部以及进样部的通道，然后
2)配制琼脂凝胶溶液，所述琼脂溶液的浓度为0.15％-0.3％；
3)将琼脂溶液注入微流控芯片的通道中，静置，形成能够形成化学浓度梯度的琼脂凝胶。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，其还包括，步骤4)将活性成分和或染料通过通道的一侧进样孔注入，静置后获得具有浓度梯度的微流控芯片。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，其中所述微流控芯片上通道的横截面为矩形。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述的微流控芯片上通道的深度为40-55μm。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述的微流控芯片上通道的宽度为0.8-2.5mm，所述的微流控芯片上通道的长度为0.8-2.5cm。
6.一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片上设置有通道，所述通道包括浓度梯度形成部以及设置在浓度梯度形成部两端的进样部，所述微流控芯片上通道的深度小于80μm；所述微流控芯片上的通道通过具有浓度梯度形成部以及进样部的凹槽的PDMS层，与玻片键合，形成密封的、包含浓度梯度形成部以及进样部的通道，然后在进样部位置的PDMS层打孔至通道，形成进样孔；且所述通道内还包含琼脂凝胶，所述琼脂凝胶的浓度为0.15％-0.3％。
7.所述权利要求6的微流控芯片，其特征在于，所述通道的数量为一条以上。
8.所述权利要求6的微流控芯片，其特征在于，其通过权利要求1-5任一项的制备方法制备获得。
9.一种权利要求6-8任一项所述的微流控芯片的应用，其特征在于，所述应用为用于低倍镜下微生物或细胞的追踪设备。
10.一种微生物或细胞的示踪设备，其特征在于，所述设备包括权利要求6-8任一项所述的微流控芯片以及观察或记录设备，优选地，所述观察或记录设备选自荧光倒置显微镜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110348997.XA CN115138402A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 |
| PCT/CN2021/138001 WO2022206023A1 (zh) | 2021-03-31 | 2021-12-14 | 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110348997.XA CN115138402A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115138402A true CN115138402A (zh) | 2022-10-04 |
Family
ID=83403491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110348997.XA Pending CN115138402A (zh) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115138402A (zh) |
| WO (1) | WO2022206023A1 (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030021457A1 (en) * | 2000-11-08 | 2003-01-30 | Gregory Kirk | Image processing method for use in analyzing data of a chemotaxis or haptotaxis assay |
| US20040258571A1 (en) * | 2001-08-20 | 2004-12-23 | President And Fellows Of Harvard College | Fluidic arrays and method of using |
| FR2903916A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-25 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif microfluidique pour la cristallisation et l'analyse cristallographique de molecules |
| CN101856629A (zh) * | 2010-05-06 | 2010-10-13 | 重庆大学 | 琼脂糖凝胶微流控装置的制备方法 |
| US20120125842A1 (en) * | 2009-06-19 | 2012-05-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Microfluidic System And Corresponding Method For Transferring Elements Between Liquid Phases And Use Of Said System For Extracting Said Elements |
| US20130130232A1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-23 | Wisconsin Alumni Research Foundation (Warf) | Self-loading microfluidic device and methods of use |
| CN103421675A (zh) * | 2012-05-14 | 2013-12-04 | 博奥生物有限公司 | ***趋向性评价及筛选的方法及其专用微流控芯片*** |
| KR20140041079A (ko) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 농도기울기 생성 미세유체 장치 및 그 제조방법 |
| CN105385595A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-09 | 内江师范学院 | 用于检测细胞迁移的微流控芯片 |
| US20170252744A1 (en) * | 2014-10-17 | 2017-09-07 | Ecole Polytechnique | Method for handling microdrops which include samples |
| US20180280976A1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | Purdue Research Foundation | Gradient-on-a-chip |
| US20190062729A1 (en) * | 2016-03-01 | 2019-02-28 | Oxford University Innovation Limited | Improved Promoters And Compositions |
| US20210040431A1 (en) * | 2018-01-24 | 2021-02-11 | Yokogawa Electric Corporation | Culture additive diffusion mechanism, culture container, culture system, and method of producing cells |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101051044A (zh) * | 2007-01-25 | 2007-10-10 | 重庆大学 | 凝胶包被为基础的微流控化学传感阵列芯片及制备方法 |
| CN101914435B (zh) * | 2010-05-24 | 2013-08-21 | 博奥生物有限公司 | 一种微管道装置及其使用方法 |
| KR101845528B1 (ko) * | 2016-01-26 | 2018-04-04 | 고려대학교 산학협력단 | 미세조류 주화성 분석용 미세유체 장치 및 이를 이용한 미세조류의 주화성 분석 방법 |
| CN108272532B (zh) * | 2018-01-24 | 2020-04-03 | 山东省科学院能源研究所 | 一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片的制备方法 |
-
2021
- 2021-03-31 CN CN202110348997.XA patent/CN115138402A/zh active Pending
- 2021-12-14 WO PCT/CN2021/138001 patent/WO2022206023A1/zh active Application Filing
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030021457A1 (en) * | 2000-11-08 | 2003-01-30 | Gregory Kirk | Image processing method for use in analyzing data of a chemotaxis or haptotaxis assay |
| US20040258571A1 (en) * | 2001-08-20 | 2004-12-23 | President And Fellows Of Harvard College | Fluidic arrays and method of using |
| FR2903916A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-25 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif microfluidique pour la cristallisation et l'analyse cristallographique de molecules |
| US20120125842A1 (en) * | 2009-06-19 | 2012-05-24 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Microfluidic System And Corresponding Method For Transferring Elements Between Liquid Phases And Use Of Said System For Extracting Said Elements |
| CN101856629A (zh) * | 2010-05-06 | 2010-10-13 | 重庆大学 | 琼脂糖凝胶微流控装置的制备方法 |
| US20130130232A1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-23 | Wisconsin Alumni Research Foundation (Warf) | Self-loading microfluidic device and methods of use |
| CN103421675A (zh) * | 2012-05-14 | 2013-12-04 | 博奥生物有限公司 | ***趋向性评价及筛选的方法及其专用微流控芯片*** |
| KR20140041079A (ko) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 농도기울기 생성 미세유체 장치 및 그 제조방법 |
| US20170252744A1 (en) * | 2014-10-17 | 2017-09-07 | Ecole Polytechnique | Method for handling microdrops which include samples |
| CN105385595A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-09 | 内江师范学院 | 用于检测细胞迁移的微流控芯片 |
| US20190062729A1 (en) * | 2016-03-01 | 2019-02-28 | Oxford University Innovation Limited | Improved Promoters And Compositions |
| US20180280976A1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | Purdue Research Foundation | Gradient-on-a-chip |
| US20210040431A1 (en) * | 2018-01-24 | 2021-02-11 | Yokogawa Electric Corporation | Culture additive diffusion mechanism, culture container, culture system, and method of producing cells |
Non-Patent Citations (12)
| Title |
|---|
| MENGSU: "Generation of concentration gradient by controlled flow distribution and diffusive mixing in a microfluidic chip", 《LAB ON A CHIP》 * |
| SEYMOUR J R: "A microfluidic chemotaxis assay to study microbial behavior in diffusing nutrient patches", 《LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY:METHODS》 * |
| SI G: "A parallel diffusion-based microfluidic device for bacterial chemotaxis analysis", 《LAB CHIP》 * |
| 刘雯婷等: "基于微流控芯片的细胞迁移", 《科学通报》 * |
| 卢斯媛等: "浓度与压力梯度可调的三维细胞培养微流控芯片的研制", 《医用生物力学》 * |
| 张婧琳: "基于微流控的生物被膜研究进展及口腔微生态***应用展望", 《微生物学报》 * |
| 徐娟等: "基于微流控技术的微生物细胞梯度稀释分离方法", 《微生物学杂志》 * |
| 臧潇倩: "基于微流控芯片的细菌趋化性检测研究进展", 《分析化学》 * |
| 苏颖彤: "细菌种群迁移的时空动力学", 《科学通报》 * |
| 蔡绍皙等: "微流控与细胞迁移技术的研究进展", 《生物技术通报》 * |
| 蔡颖: "浓度梯度微流控芯片平台的构建及其应用于抗白念珠菌药物快速筛选研究", 《药学学报》 * |
| 阿里亚•阿不力米提: "基于微流控技术的抗生素敏感性分析研究进展", 《环境科学学报》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022206023A1 (zh) | 2022-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shang et al. | Emerging droplet microfluidics | |
| Pompano et al. | Microfluidics using spatially defined arrays of droplets in one, two, and three dimensions | |
| Dressler et al. | Chemical and biological dynamics using droplet-based microfluidics | |
| Kaminski et al. | Controlled droplet microfluidic systems for multistep chemical and biological assays | |
| Lagus et al. | A review of the theory, methods and recent applications of high-throughput single-cell droplet microfluidics | |
| Zhang et al. | Emerging open microfluidics for cell manipulation | |
| Mashaghi et al. | Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology | |
| Tran et al. | From tubes to drops: droplet-based microfluidics for ultrahigh-throughput biology | |
| EP3023151B1 (en) | Method for generating a localised fluid flow circulation zone and corresponding pipette | |
| Weibel et al. | Applications of microfluidics in chemical biology | |
| EP2621631B1 (en) | Microfluidic device for production and collection of droplets of a fluid | |
| Liu et al. | Microfluidic systems for biosensing | |
| CN101696916B (zh) | 基于芯片一体化取样探针的液滴分析筛选装置 | |
| CN102008983B (zh) | 适用于微胶囊生产的微流控芯片 | |
| Kaminski et al. | Automated generation of libraries of nL droplets | |
| WO2008130623A1 (en) | Manipulation of fluids, fluid components and reactions in microfluidic systems | |
| CN104513787A (zh) | 用于单细胞捕获、培养和给药的集成微流控芯片及*** | |
| CA2850412A1 (en) | Methods and apparatus for flow-controlled wetting | |
| CN110075934B (zh) | 一种3d打印微流控器件及其大通量制备单分散乳液的方法 | |
| Zagnoni et al. | Droplet microfluidics for high-throughput analysis of cells and particles | |
| CN103386338A (zh) | 一种微流控组合化学反应芯片 | |
| Shi et al. | Active flow control and dynamic analysis in droplet microfluidics | |
| CN104561286A (zh) | 一种新型聚合酶链反应微流体芯片控制***及其制备方法 | |
| Hirama et al. | One-to-one encapsulation based on alternating droplet generation | |
| CN115138402A (zh) | 一种能够设置化学浓度梯度的微流控芯片及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221004 |