[发明专利]用于细胞分选与聚焦的介电泳微流控芯片及其免对准微加工方法

说明书

用于细胞分选与聚焦的介电泳微流控芯片及其免对准微加工方法，属于微流控芯片技术领域。包括基底层、一体化流道‑电极功能层、顶层。一体化流道‑电极功能层包括主体电极、由主电极延伸入主流道且垂直横跨主流道的叉指电极、主流道入口、主流道出口、主流道由叉指电极非均匀侧壁结构划分而成的并行分流道以及绝缘沟道。本发明通过多层电极构成具有非均匀侧壁的叉指电极来产生水平与竖直方向上的高效的介电泳力以提高分离纯度，同时可以实现细胞聚焦，并通过非均匀侧壁形成的并行流道提高通量；使用均一的导电聚合物一次性填充具有多层结构的SU‑8模具，通过倒模使得一体化流道‑电极结构一次成型。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术中的细胞分选与控制技术领域，具体涉及一种用于细胞分选与聚焦的介电泳微流控芯片及其免对准加工方式。

背景技术

细胞分选技术是指把一种细胞从多细胞样品中分离出来的技术。细胞分选是诊断检测、病理研究等学科经常用到的生物学实验方法，对于许多疾病的早期诊断和预后有着十分重要的意义。在细胞分选的方法中，传统的离心技术需要庞大的样本量且分离纯度低；而可以实现精准分离的流式细胞术价格昂贵且需要专业人员进行操作，更重要的是其需要对细胞进行额外的荧光染色或标记，会影响细胞的生理状态。

微流控芯片技术是指通过微机电系统(MEMS)、分析化学、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的交叉作用实现从试样处理到结果分析的整体微型化和集成化的技术。通常其外观为一块几平方厘米的芯片，芯片内部结构中包含微米甚至纳米尺度的结构，可以自动完成实验及分析的过程，因此微流控芯片也被成为“芯片实验室”(lab on a chip)。近年来，微流控芯片技术因其集成性、高通量、低耗能低成本、高效便携的特点在临床诊断、司法检测、药物筛选、生物工程研究等领域有越来越广阔的应用前景。结合微流控芯片的细胞分选技术相比于传统细胞分选技术，具有高通量、所需样本量少、分离纯度高以及简单易操作的优点。

目前基于微流控芯片的细胞分选方式主要分为生物化学方法和物理方法两大类。生物化学方法是较为传统的细胞分选方式，它通过流经微通道的细胞表面的特异性抗原与流道内壁固定的抗体相结合而将细胞固定在芯片内部，以达到细胞分选的目的；但由于捕获的细胞表面多带有通道内的抗体甚至其他荧光标记、微珠等，这不仅改变了细胞的生理状态，而且使得捕获的细胞难以释放，不利于后续细胞的培养和其性质状态的进一步观察研究。相比之下，通过外加的水力场、声场、电场等环境，根据细胞自身物理形态或利用黏附分子等对细胞表面施加瞬间作用力，使不同细胞在微流控通道所受外力不同，从而实现细胞分选的物理方法应用更为广泛。其中，利用不同种类细胞在介电特性方面的差异来控制其在非均匀电场中产生不同的细胞轨迹以实现细胞分离的介电泳细胞分选技术最受广大研究人员的青睐。

介电泳指的是可极化中性颗粒在非均匀电场中受力运动的现象。介电泳细胞分选技术则是利用微电极制造非均匀电场区域使不同种类的细胞感应出不同的偶极矩，从而实现细胞轨迹操控的技术。相比其他细胞分选的方法，介电泳细胞分选在保持细胞高活性的同时还具有高效率、免标记、简单易操作、成本低等优势。但目前已报道的介电泳细胞分选微芯片大都采用平面结构微电极或者具有均匀侧壁的三维微电极结构，如中国专利201510585845.6，中国专利201510379158.9，这类电极不能沿通道深度产生有效的电场梯度，无法在竖直方向上控制细胞轨迹。香港科技大学的Yobas课题组在2013-2015年的一系列报道中证明了三维硅电极结构可以产生沿通道深度的电场梯度，在竖直方向上将细胞分层以提高分离纯度，但其使用的硅基电极加工工艺复杂且成本昂贵；而使用较低成本的导电聚合物加工三维微电极的方法均采用上述均匀侧壁的电极结构，无法在竖直方向上控制细胞轨迹，此外，其电极和流道需使用不同的材料分别加工而成，故每次加工过程都要进行额外的牺牲层光刻来定义流道，电极填充完成后需去除牺牲层再次填充流道材料以形成流道，加工过程耗时且增加了复杂度。

发明内容