[发明专利]凝胶包被为基础的微流控化学传感阵列芯片及制备方法

说明书

                              技术领域

本发明属于生物工程和分析化学技术领域，具体涉及化学传感阵列芯片。

                              背景技术

近年来，把化学和生物传感装置集成到微流控芯片中作为检测手段的研究得到很大发展，这些微流控的传感装置在遗传分析、药物筛选、食物检疫和临床分析等方面都有重要的应用价值。由于高度集成和并行处理技术有利于微流控芯片装置的微型化，大量的相似功能单元的并行工作可用于提高分析效率，实现高通量分析和筛选，因此，微流控芯片中的传感阵列技术得到了越来越广泛的重视。而微加工技术的快速发展是传感阵列技术得以实现的重要基础，如微加工技术或者微加工仪器可以实现芯片上微结构阵列的加工，在微型化装置上集成成千上万的敏感单位。目前，多步光刻技术和芯片点样机已经被广泛用于传感阵列的加工。但是，基于这些方法的微传感阵列芯片仍然存在结构和加工复杂，价格昂贵等缺点。因此，开发更简单实用的微传感阵列芯片及其加工技术仍然是当务之急。

最近，有学者利用胶包被方法把荧光传感器集成到微流控系统中，在微流环境中很好地保留了超分子化学传感物质的复杂信号传输机制。这种芯片采用光敏感的胶物质，胶物质本身需要和化学敏感物质发生耦连作用，然后采用光刻的方法进行微加工。由于胶物质和敏感物质之间的化学耦连只能在少数物质之间发生，可应用的范围很窄。而且，传统光刻方法成本较高，加工工艺复杂，这种通道内集成的胶包被传感单元通常都是单个存在，未见有传感阵列的报道。利用微通道阵列和微通孔的微马赛克方法则实现了芯片上的细胞阵列加工。该微阵列芯片芯片由四层结构：承载层，传感阵列层，通孔层和流动通道阵列层由下到上依次叠加而成。在传感阵列层中利用琼脂糖凝胶包裹具有生物荧光的细胞系(表达萤火虫荧光素酶的大肠杆菌)，然后注入微通道中，并在微通道和通孔层的通孔中凝固。流动通道阵列层中的每条通道正好流过不同的微通孔，在通道中注入荧光素/ATP混合物后，可以在通孔处检测到荧光，每个通孔都是荧光检测阵列的一个单元。这个系统集合了微流控技术和阵列芯片的优点，适合于高通量分析和筛选。但是，这个芯片只用在了细胞中生物荧光的检测上，未进行更普遍的化学传感检测，在凝胶浓度等方面的要求较低。而且，该芯片中微通孔的存在，虽然减小了样品扩散带来的影响，微米级的通孔和上下两层微通道的对齐在加工工艺上有很大的难度，不利于推广使用。

                              发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种凝胶包被为基础的微流控化学传感阵列芯片，是微马赛克方法的进一步发展。首先，通过选择合适浓度的凝胶来实现化学传感物质的包被和固定，并利用两层微通道阵列(胶阵列和流动通道阵列)的直接接触来形成化学传感单元阵列，排除了微马赛克方法中微孔加工和对齐所带来的不便。

本发明提出的凝胶包被为基础的微流控化学传感阵列芯片是由相互结合的三层组成，第I层为承载层，第II层为传感阵列层，第III层为微流通道层；传感阵列层上分布有微通道网络，所有微通道都被包被有化学传感物质的凝胶充满；微流通道层上也有微通道网络，微通道畅通，用于样品溶液流动，传感阵列层和微芯片层上的微通道网络相正交。

所述承载层的材料可采用玻璃、硅等硬质材料。

所述传感阵列层材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅橡胶、聚氨酯等弹性橡胶材料。

所述微芯片层采用玻璃、石英、PDMS等常用透明芯片加工材料。

所述凝胶采用采用加热等方法融化，与不同浓度化学传感物质混合后，按不同浓度依次埋填在微通道网络的不同微通道中。

本发明还提出了上述凝胶包被为基础的微流控化学传感阵列芯片的制备方法，首先通过微加工方法在传感阵列层基底材料上加工微通道网络，将不同混合比例的凝胶与化学传感物质混合物融化后注入不同的微通道中，凝结后形成传感阵列层；然后在该传感阵列层上叠加另一个具有微通道网络的微流通道层，叠加时保证传感阵列层和微流通道层上的微通道网络相正交；最后，将结合好的微流通道层和传感阵列层再结合到承载层上，由此形成一个完整的微流控化学传感阵列芯片。

本发明提出的化学传感阵列芯片具有以下优点：

(1)采用非偶连的方法，实现了用凝胶直接包被化学传感物质。与化学偶连方法相比，操作简单，应用广泛；

(2)本发明的传感物质在凝胶中保持了很好的传感特性；