[发明专利]流体增强介电泳单细胞排列与控制芯片及其制作方法

说明书

本发明属于生物微流控芯片技术领域，为解决现有的单细胞分析用芯片可靠性低、成本高及不易释放单细胞的技术问题，提供了一种流体增强介电泳单细胞排列与控制芯片及其制作方法，芯片整体为三明治式结构，从上至下依次为导管接头、上基底、上层微电极、微通道、微墙阵列、下层微电极和下基底，上基底上设置有两个便于实验缓冲液进样与出样的通孔，导管接头固定在上基底上表面的通孔处，上层微电极和下层微电极均为叉指电极，上层微电极与下层微电极垂直相交设置，微墙阵列为微米级的圆形深孔，每个微墙位于上层微电极与下层微电极交叉处的中心。本发明解决了现有芯片原理单一产生的效率低、可靠性低、成本高且不易释放单细胞的问题。

技术领域

本发明属于生物微流控芯片技术领域，具体涉及一种流体增强介电泳单细胞排列与控制芯片及其制作方法。

背景技术

细胞是组成和维持生命的最基本单元，近年来针对细胞的研究极大地推动了医学诊断、生命科学等领域的发展。研究表明，处于相同外部环境中的群体细胞存在个体差异且混合液中的细胞会相互影响，对群体细胞的研究只能得到统计结果，会忽略个体差异，造成稀有异常细胞信号(稀有细胞自身的结构信息和对外界刺激的反应)的淹没，进而无法得到可靠的相关信息。因此，对单细胞的研究具有非常重要的意义。细胞研究的前提是对细胞的精确操作。近年来，伴随微机电系统的发展，微流控芯片技术也得到了长足的进步，已经可以实现细胞分离、聚焦、富集及旋转等操作，但是这些操作都主要针对群体细胞，而单细胞排列与控制技术则针对个体细胞，仅需要一次实验就可同时大规模捕获排列单细胞并赋予单细胞位置信息，达到聚焦、分析及控制单细胞的目的。为了实现大规模单细胞的同时监测、降低实验成本、简化实验过程、提高实验数据可靠性，必须开发高通量、高可靠性、低成本的单细胞排列与控制芯片。

目前，能够用于单细胞排列的方法主要包括微吸管、光镊、二维介电泳、光诱导介电泳、磁捕获、声表面波捕获与流体动力学捕获。其中，微吸管操作单细胞与细胞膜直接接触，可能造成细胞的损伤影响实验数据的准确性、释放细胞操作难度较高且通量低、自动化程度低；光镊装置成本高、对细胞的作用力小、通量低；二维介电泳芯片电极产生的电场强度在通道高度方向呈指数下降，导致位于上层液面的细胞无法被捕获而效率较低且很难控制单细胞的释放；光诱导介电泳芯片制作复杂对工艺要求较高、产生的光介电泳力也不够大而且使用的激光器价格高不便于集成；磁单细胞捕获需要对细胞进行磁性标记，标记会对细胞造成损伤导致实验数据不准确，而且无法进行单细胞释放操作、芯片体积较大不利于系统集成；声表面波操作生物细胞的原理仍不成熟，芯片的效率还很低，也不能进行单细胞的控制；流体动力学单细胞排列技术属于被动式细胞捕获技术，利用制作的阵列化微结构实现单细胞捕获与排列，但是结构比较固定、不能实现单细胞的释放。总体来说，已经开发的单细胞排列与控制芯片所利用的原理单一，导致精度高的成本高，效率高的不能重复利用且不能实现单细胞的释放，甚至会对细胞产生不可逆损伤。

发明内容

本发明为解决现有的单细胞分析用芯片可靠性低、成本高及不易释放单细胞的技术问题，提供了一种流体增强介电泳单细胞排列与控制芯片及其制作方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种流体增强介电泳单细胞排列与控制芯片，整体为三明治式结构，从上至下依次为导管接头、上基底、上层微电极、微通道、微墙阵列、下层微电极和下基底，所述上基底上设置有两个便于实验缓冲液进样与出样的通孔，所述导管接头固定在上基底上表面的通孔处，所述上基底的下表面设置上层微电极，所述下基底的上表面设置下层微电极，上层微电极和下层微电极均为ITO金属制成的叉指电极，上层微电极与下层微电极垂直相交设置，所述微墙阵列为微米级的圆形深孔，每个圆形深孔内仅能容纳一个单细胞，微墙阵列位于微通道的下方，且每个微墙位于上层微电极与下层微电极交叉处的中心。

所述上基底与下基底均为1.1mm厚的透明玻璃，所述上层微电极与下层微电极的厚度均为185nm。

所述微墙阵列采用负光刻胶SU-8经过光刻显影制作而成，所述微墙直径15μm、高6μm。