[发明专利]基于线圈的生物粒子三维操纵装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种生命科学技术领域的专用设备，尤其涉及的是一种基于线圈的生物粒子三维操纵装置。

背景技术

在生命科学领域，对单个或数个生物粒子在无损伤条件下，实施俘获、移动等操纵是实现生物学对象操作、加工、测试的基础，这种对生物粒子的微操纵方法在基因分析、染色体和细胞分析、蛋白质和核酸聚合分析、新物种产生等生命科学领域，具有重大的理论和现实意义。

经过对现有的文献检索发现，Hakho L，Purdon A M，Westervelt，R M在IEEETransactionsonMagnetics(IEEE磁学汇刊)，2004，40(4)：2991-2993，发表了论文：Micromanipulation of biological systems with microelectromagnets(微电磁铁在生物系统中的微操纵)，公开了一种磁钳类生物粒子微操纵技术，该技术需要借助第三者即磁性微球，即，磁性微球与生物粒子结合，通过外磁场控制磁性微球进而控制生物粒子，该技术操作复杂，且不利于生物粒子的纯度，容易引起生物粒子的污染，因此探索一种新型的非接触、不借助第三者(磁性微球)的生物粒子微操纵装置，具有重要的理论与现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于线圈的生物粒子三维操纵装置，将抗磁悬浮技术用于生物微操纵，利用大多数生物粒子自身的抗磁性，借助磁阿基米德效应和MEMS(Micro electromechanical Systems，微型机电系统)技术，不需借助第三者(如磁性微球)，在常温、普通磁场环境下，便可实现非接触、无机械或光损伤的生物粒子微操纵。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：顺磁性溶液、腔室、芯片，其中：腔室内设有顺磁性溶液，芯片和腔室相键合。

所述的芯片上光刻设有线圈阵列。

所述的顺磁性溶液和生物粒子兼容，当生物粒子是顺磁性时，顺磁性溶液的磁化率大于生物粒子的磁化率。

所述的腔室是PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、SU-8胶或玻璃材料，腔室内壁覆有牛血清蛋白。

本发明利用生物粒子的抗磁性或弱顺磁性，将生物粒子放入与其兼容的顺磁性溶液中，当将其置于磁场环境时，生物粒子在竖直方向会受到重力、浮力和抗磁力，水平方向会受到抗磁力和溶液对它的阻力，在合适的顺磁性溶液中，生物粒子在竖直方向和水平方向受力都会达到平衡，进而实现稳定悬浮。线圈通电可产生磁场环境，根据这一原理，在不同时刻给线圈阵列通不同的电流可以产生不同的磁场分布，生物粒子会随着磁场分布的改变而移动。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用了磁阿基米德效应，采用MEMS工艺组装构成操纵芯片，使得整体结构简单、易于操控，在常温、普通磁场环境下，便可实现非接触、无机械或光损伤的生物粒子微操纵。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是腔室的结构示意图；

图3是芯片的结构示意图；

图4为单个线圈的示意图；

其中：a为三维图；b为正视图；

图5是生物粒子受力分析图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1，图2和图3所示，本实施例包括：生物粒子1、顺磁性溶液2、腔室3和芯片4，其中：腔室3内设有顺磁性溶液2，顺磁性溶液2设有生物粒子1，芯片4和腔室3相键合，芯片4上光刻设有线圈阵列5。

如图4所示，考虑到线圈内部的引脚连接，需采用多层掩膜技术制作线圈阵列5。

所述的顺磁性溶液2和生物粒子1相容，当生物粒子1是顺磁性时，顺磁性溶液2的磁化率大于生物粒子1的磁化率。

所述的芯片4的表面涂覆设有PDMS，既可以保护线圈也利于与腔室3进行键合。

所述的腔室3是PDMS、SU-8胶或玻璃制成，腔室3内壁覆有牛血清蛋白。

如图5所示，初始时，生物粒子1位于顺磁性溶液2中，这时生物粒子1只受到重力和浮力的相互作用。线圈阵列5通电时，会产生磁场，生物粒子会受到磁场对它的一个抗磁力，如图4所示，生物粒子1在竖直方向会受到重力、浮力和抗磁力，水平方向受到溶液对它的阻力和水平方向的一个抗磁力，生物粒子1受力平衡时，会稳定悬浮，这时竖直方向满足方程：