[发明专利]一种基于玻璃微球的微流控芯片及其应用

说明书

本发明公开一种用于外泌体捕获的基于玻璃微球的微流控芯片，该芯片在基础研究和临床疾病诊断、病情监测、预后判断及治疗等方面具有广泛的应用前景。本发明的微流控控芯片由玻璃载玻片、微通道、聚二甲基硅氧烷组成，在聚二甲基硅氧烷上蚀刻一个进样通道、一个出样通道和与两者相连的微通道，微通道内由紧密排列成面心立方体结构的玻璃微球填充组成微混合器，同时在玻璃微球上修饰特定抗体以特异性捕获外泌体。本发明的微流控芯片因独特的微通道设计和特异性抗体识别，可实现对细胞培养液上清和人体液中外泌体的高效捕获，具有集成度高、操作便捷、无污染、能耗低等优点。

技术领域

本发明属于生物医用设备技术领域，涉及一种基于玻璃微球的微流控芯片及其应用。

背景技术

外泌体是由细胞分泌的直径在30 nm - 150 nm的微小囊泡，广泛存在于人体血液、尿液、脑脊液、胸腹水等体液中。外泌体外层为磷脂双分子膜，内部含有大量来自亲代细胞的蛋白、核酸等生物分子，能够较反应亲代细胞的代谢和病理等状态，因此外泌体具有作为疾病诊断、病情监测和预后判断新型生物标志物的巨大潜能。目前外泌体捕获分离方法众多，常见有密度梯度离心法、超速离心法、免疫亲和捕获法及聚乙二醇等沉降剂介导的沉降法，但以上方法由于仪器昂贵、操作复杂、耗时长、所得外泌体纯度和浓度低等局限，难以满足基础研究及临床检测的要求。因此，开发可高效率、高质量捕获外泌体的新技术及设备已成为外泌体研究领域亟待解决的难题与热点。

微流控芯片被称为“芯片实验室（lab-on-a-chip）”或“微整合分析芯片（micrototal analytical systems）”，是微流控技术实现的主要平台，可将分析过程涉及的样品制备、反应、分离、检测等操作单元通过微电子、微加工等技术，集成到一块微米尺度的芯片上，并自动完成分析全过程。由于微流控芯片中容纳流体的结构是微米级（至少一个维度），因此使用该芯片的仪器设备不仅体积大大减小，其分析效率也显著提升，同时样品和试剂的耗损量也相应降低，充分体现了目前实验室设备微型化、集成化和便携化的发展趋势，在生物、化学和医学等领域得到广泛应用。近年来，基于微流控芯片的外泌体分离分析技术倍受关注。堪萨斯大学的研究人员于2014年开发出一种通过CD63标记的磁性微球捕获外泌体的集成微流控芯片，但磁性微球的团聚现象易导致各微球信号相互干扰，影响检测结果的精确度。

发明内容

本发明针对传统外泌体捕获中存在的问题提出一种新型的基于玻璃微球的微流控芯片及其应用。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种基于玻璃微球的微流控芯片，以玻璃载玻片为基底，以聚二甲基硅氧烷为主体，并在聚二甲基硅氧烷上蚀刻微通道，微通道内含多个面心立方体结构且进行抗体修饰的玻璃微球，微通道两侧分别设置进样孔和出样孔。

作为优选，玻璃微球直径为540-960nm，进样孔和出样孔直径为0.8-1.2mm。

作为优选，所述微通道中部宽度为0.3-0.5cm，微通道由中部逐渐变窄过渡至进样孔和出样孔宽度。

上述基于玻璃微球的微流控芯片在细胞培养液上清或血清样本、全血样本、尿液样本、脑脊液样本、胸腹水样本任意一项外泌体捕获中的应用。

基于玻璃微球的微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

（1）利用光刻技术与等离子刻蚀方法在聚二甲基硅氧烷上蚀刻出进样孔、出样孔和与两者相连的微通道；

（2）二甲基硅氧烷与固化剂混合均匀,除去混合物中气泡，浇注在模具上，加热固化后剥离模具与固化物，得到聚二甲基硅氧烷层；

（3）等离子体处理聚二甲基硅氧烷层，GPTMS无水乙醇溶液对聚二甲基硅氧烷层进行表面硅烷化修饰，将紧密排列成面心立方体结构的玻璃微球周期性排列填充微通道中；将上层聚二甲基硅氧烷和下层玻璃载玻片进行不可逆键合,用打孔针在上层聚二甲基硅氧烷上打进样孔和出样孔得到制备完成的微流控芯片。