[发明专利]细胞捕获微流控阵列芯片

说明书

技术领域

本发明属于流体内生物细胞检测领域，特别涉及一种利用微米级微流管内分布微柱体阵列结构的细胞捕获芯片设计。 

背景技术

微流控芯片最初起源于分析化学领域，是一种采用精细加工技术，在数平方厘米的基片上制作出微腔体和微管道网络结构及其它功能单元，以实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置。 

利用微流控芯片进行血液样本分析是近年来兴起的一个科学研究热点。例如，哈佛大学医学院生物医学工程教授梅米特·托纳(Mehmet Toner)领导一个研究小组于2011年设计出一种小型装置，可检测出血液样本中的癌细胞。这种微流体装置只有一枚硬币大小，可以检测到包括艾滋病病毒在内的多种病毒。微流体装置中核心结构是由碳纳米管做成的微型柱头，柱头直径为30微米，能够捕捉任何流经装置的癌细胞或其他细小物质。这种微流体装置有望检测到通过血液扩散的癌细胞。 

国内该领域的研究尚处于起步阶段。本发明利用硅材料、钠钙玻璃材料制作一种廉价的细胞捕获微阵列芯片，用以捕捉血液中包括癌细胞在内的多种不同种类细胞，可广泛应用于各种涉及血液细胞组成分析的病情分析领域。 

发明内容

本发明提出一种细胞捕获微流控阵列芯片结构，在管道内刻蚀不同间距、不同大小微柱体阵列的微阵列型结构，该芯片结构由硅材料底片基片和钠钙玻璃上盖键合而组成。利用不同种类细胞血液内不同种类的细胞直径差异，在流经不同柱体直径及间距的微阵列捕获区域之后会被分层截留与芯片的不同位置，分析不同位置截留的细胞数量从而准确地判断血液内各种细胞的含量，可广泛应用于血液多种癌细胞的捕获与分析、医院研究、制药临床试验、肿瘤诊断、个性化治疗等领域。 

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种细胞捕获微流控阵列芯片，根据柱体微结构间距不同可分为两个系列：变间距和定间距；根据微结构大小不同又可分为多种类型：2-30μm不等。其特征在于，用硅片制成一系列微型柱头，将抗体涂在其表面，当含有不同种类细胞的液体流体流过芯片微结构时，在经过不同间距和直径的柱体微阵列时，不同直径(种类)的细胞会被不同的微柱体阵列结构捕获，滞留在管道内微结构不同的柱体阵列上，利用显微镜观察分析捕获结果。 

本发明的特点及效果如下： 

1.本发明具有微体积、结构灵活可定制、无运动部件等特点。 

细胞捕获微流控阵列芯片尺寸约31mm×24mm×1.5mm，由一块普通硅片和一片普通钠钙玻璃载玻片键合而成，体积小，易于批量存储搬运。 

芯片内微柱体阵列的排布可根据检测对象的不同灵活定制，如检测血液内所有种类细胞的含量比，可在微管道内顺血液流向依次排布不同柱体直径，不同柱间距的阵列；如检测单一尺寸的细胞，可在微管道内按一定尺寸排布合适间距的阵列，用于尽量完全将流经管道的目标细胞全部捕获而过滤其他尺寸的细胞。 

芯片内无运动部件，所有微柱体阵列都是通过刻蚀硅底座表面制作而成，与底座连成一体，一旦制作完成不易脱落；硅片与载玻片连接处通过强紫外光源固化键合，保证了管道的密封性。固化的芯片结构使得使用过程简单高效，操作简洁。 

2.利用不同种类的芯片对血液内细胞种类和数量进行全面分析和测算判断。利用微柱体阵列捕获目标细胞，通过显微镜直接观测阵列捕获细胞的数量及不同种类细胞的比例，可有效的反映血液细胞组分。 

3.利用成熟的低成本消费电子制造技术，可以迅速实现高端医学产品大规模和低成本生产。本发明所涉及的制备材料主要包括硅片、钠钙玻璃、橡胶微细导管，主要涉及的制备方式是微加工技术中成熟的干 法、湿法刻蚀，强紫外键合等工艺，材料较为廉价，制造成本低。 

附图说明

图1芯片键合后结构示意图，其中(1)是硅基片，(2)是钠钙玻璃材质上盖，(3)是细胞捕捉微柱体阵列，(4、5)是带捕捉柱阵列的微流管道，(6)是引流管出入口，(7)是引流橡胶管。 

图2芯片硅基质底片(芯片硅基片(1))结构示意图，其中(3)是细胞捕捉微柱体阵列，(4)是4～60μm深基片上微流管道。 

图3芯片钠钙玻璃基质上盖(芯片钠钙玻璃上盖(2))结构示意图，其中(5)是120μm深上盖微流管道，(6)是引流管出入口。 

图4微柱体阵列(细胞捕捉微柱体阵列(4))排布形式示意图，其中(1)是硅材质微流管基片，(3)是一定间距均匀排布的微柱体阵列。 

具体实施方式