[发明专利]一种三维石墨烯界面的微流控芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维石墨烯界面的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片通过设计不同尺寸的微柱捕获凹槽，利用流体动力学，实现对单细胞及双细胞的捕获，通过三维石墨烯微柱电极实时定量采集单个或两个细胞的微运动(如细胞吸附，细胞迁移，细胞增殖和细胞增殖)时的阻抗电信号，为癌症病理和单细胞检测提供新的思路和方法。该微流控芯片的制备包括有图案化的金电极阵列、立体的石墨烯微柱电极阵列、PDMS流道、可以打开的PDMS盖板等环节的制备加工。这种方法加工的微流控芯片具有良好的生物兼容性，制备方法条件温和，简单易行，工艺参数可控，并且检测得到单细胞的电信号强度是普通微流控芯片的2倍。

技术领域

本发明属于微纳加工(MEMS)和传感器制备领域，具体涉及一种三维石墨烯界面的微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片指的是在一块几平方厘米的芯片上构建的化学或生物实验室。它将化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。

微流控芯片特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个纬度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能。因此采用独特的分析能够产生特殊的性能。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程目前微流控芯片的制备方法主要是通过光刻、热压等方法制作出一些简单的纳米尺寸流道的芯片，然后将其和盖片键合得到，用于简单的细胞捕获研究。而目前光刻、热压等方法只能获得平面的二维结构，难以获得真正的三维流道，而三维的微流道可以实现更好的试剂混合、不同试剂的相互反应。如果在微流道内通入细胞培养液的话，使用三维微流道便于从各个方向对细胞进行培养、刺激、观察等。因而三维微流道具有更为重要的应用价值。近年来微流控芯片受到研究人员的广泛关注，如基于微流控芯片的传感器、用于制备液滴的离心式微流控芯片和纸质微流控芯片等。但很少有人关注微流控芯片用于细胞传感性能的研究，尤其是单细胞。这样一来，芯片的电极就是芯片至关重要的一部分，电极涉及到细胞的捕获及细胞信号的检测和传导。目前大多数微流控芯片的传感电极都是经典的是平面二维金电极结构，此电极与细胞的接触面积小，获取的细胞信号微弱，而且不能反应细胞在竖直方向上的微运动和迁移，因此不利于研究细胞生物学特性，尤其是单细胞。而我们充分利用剥离工艺、光刻技术。磁控溅射、反应离子蚀刻技术、尤其是雾化沉积石墨烯薄膜等生产工艺制造出一种集成三维石墨烯界面的微流控芯片，本微流控芯片可用于高效率的单细胞捕获和超灵敏的单细胞电信号的检测，对癌细胞的研究和诊断有一定的指导意义。而且对于单细胞检测来说，此微流控芯片摒弃了传统的芯片需要复杂的化学修饰和化学标记等过程对细胞的活性有很大的影响，而且操作复杂，条件苛刻。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种三维石墨烯界面的微流控芯片及其制备方法。该微流控芯片在保证高效的单细胞捕获效率的同时，显著的增强了捕获后单细胞传感的灵敏度，与传统的平面金电极相比单细胞的电信号传感性能提高了一倍。