[发明专利]一种样品预处理集成芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微流控生物芯片技术领域，是一种集成分离或过滤、 混合、纯化等预处理功能的样品预处理芯片，具体来讲，采用错流 分离或错流过滤方式进行分离或过滤，利用微沟道网络的优化设计 进行液体混合，采用固相萃取法进行目标分子的提纯，最后，利用 MEMS技术将上述预处理功能至少两种功能集成在微流控芯片上。

背景技术

随着微机电系统(MEMS)技术与分析科学、计算机科学及生命 科学等的交叉研究，微流控生物芯片已开始向微全分析系统(micro total analysis systems，μTAS)发展。μTAS是指把生物和化学等领域 中所涉及的样品制备，生化反应，传感检测等基本操作单元集成或 基本集成到一块几平方厘米的芯片上，由微通道形成网络，以可控 流体贯穿整个系统，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其 产物进行分析的一种技术。微全分析系统具有如分析效率高、样品 与试剂消耗少(微升级)、能耗低、集成度高等许多优点，在环境监 测、食品卫生监测、医药卫生检测、药物筛选等领域具有广泛的应 用前景。但是，目前微全分析系统并未实现真正意义上的全分析， 还存在许多问题，比如系统功能单一、集成度较低、微型化程度有 限等，大多数不包括样品前处理功能。

样品预处理是指对天然的、成分复杂的、不能直接进行分析检 测的生物样品(如血液、尿液、环境样品等)进行预处理，以实现 对待测物的检测。样品预处理主要是指待测物的分离、纯化、浓缩 等操作，以及待测物样品与试剂的快速混合等，待测物可以是微粒、 细胞、细菌等(如血液中的白细胞、孕妇血液中的胎儿细胞、尿液 中的某种细菌)，也可以是蛋白质、DNA、葡萄糖等各种生物分子。

已报道的用于细胞/颗粒分离或过滤的芯片技术主要包括：微过 滤芯片技术、介电电泳芯片技术、超声波芯片技术、场效应分离芯 片技术和磁珠分离芯片技术等。这些技术各具优缺点，如介电电泳 芯片技术具有不受分离细胞尺寸的限制、易于实现自动化控制和芯 片微型化的优点，但需特殊缓冲液以产生较强的交变电场，强电场 以及特殊缓冲液对细胞有一定破坏作用。超声波芯片技术具有可连 续分离、不易堵塞等优点，但是，超声波发生装置集成化和小型化 困难，而且超声波对细胞也有一定的破坏作用。磁珠分离芯片技术 具有特异性高、准确性好的优点，但磁珠制备复杂，而且控制磁珠 的配套装置微型化、集成化也较困难。微过滤芯片技术具有工作原 理简单、不需要特殊缓冲液、易于集成等优点，但主要采用盲端过 滤方式进行细胞/颗粒分离。盲端过滤(又称死端过滤)由于它的给 水流方向垂直于过滤介质的表面流动，固体被过滤介质截流，逐步 形成滤饼，易造成芯片的堵塞，分离效率较低，一般只能完成单一 颗粒的分离过滤。专利(申请号，200510012106.4)报道了一种错流 过滤芯片，由于它的液体流动方向平行于过滤微结构表面，小尺寸 颗粒/细胞在剪切力作用下通过过滤微结构，大尺寸颗粒/细胞不能通 过过滤结构而处于悬浮状态随着液体向前流动，可大大减少芯片的 堵塞问题，可实现不同尺寸细胞/颗粒的同时分离和收集。

已报道的用于待测分子纯化的芯片技术主要包括：固相萃取芯 片技术、固相可逆固定芯片技术、磁珠纯化芯片技术和液-液萃取 芯片技术等。这些技术各具有优缺点，如固相萃取(SPE)芯片技术 具有纯化效率高，分析速度快等优点，难点在于在微米级沟道中固 相载体的制备和固定。固相可逆固定(SPRI)芯片技术具有高的选择 性，但待测分子脱附较困难。此外，SPRI芯片技术同样存在固相载 体制备和固定困难等问题。液-液萃取芯片技术与常规液-液萃取技术 相比，具有高选择性、萃取速度快、富集倍率高等优点。但是，目 前用于DNA提纯的液-液萃取试剂大多具有挥发毒性，限制了该芯片 技术在核酸纯化领域的应用。

总的来说，由于生物样品的复杂性，仅一步样品预处理操作或 一种样品预处理技术往往不能满足后续分析检测的需要。以核酸样 品为例，样品预处理包括细胞分离、破胞、脱蛋白、提取DNA等多 步工作。目前的样品前处理芯片功能单一、预处理水平不高、集成 度较低，大多数不能直接用于后续的生化反应及分析检测。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的在于制备一种集成两 种及两种以上样品预处理功能的微流控芯片，实现原始样品的分离 或过滤，混合，提纯等样品预处理操作，样品预处理产物可直接用 于后续的生化反应或分析检测。