專利名稱：異質(zhì)倒置流式芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微系統(tǒng)芯片，具體的說是一種異質(zhì)倒置流式芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
流式芯片來自于早期的微型全面分析系統(tǒng)(Miniaturized Total AnalysisSystem, u _TAS)，微型全面分析系統(tǒng)是指把實驗室常見的多項操作通過微型化、自動化技術(shù)集成到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)。流式芯片技術(shù)是目前迅速發(fā)展的高新技術(shù)和多學(xué)科交叉科技前沿領(lǐng)域之一，是生命科學(xué)、化學(xué)科學(xué)與信息科學(xué)信號檢測和處理方法研究的重要技術(shù)平臺。流式芯片具有集成度高、分析速度快、檢測通量大、能耗低、污染小等特點。因此，流式芯片在生物研究、環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用前景極為廣闊。通常流式芯片通過自動化技術(shù)、微加工技術(shù)將微裝置和微通道集成到芯片支持體 上用于完成實驗室分析過程。在芯片的制備過程中，一方面需要利用自動化、微加工等技術(shù)在支持體上加工設(shè)置微通道微裝置，另一方面還需要將大量抗原或抗體、已知序列的核酸或蛋白質(zhì)片段的各種生物分子作為檢測探針固定標(biāo)記在支持體上，通過待檢標(biāo)本與標(biāo)記的檢測探針進(jìn)行反應(yīng)，分析待檢標(biāo)本的相應(yīng)成分。制作芯片的支持體需要是加工工藝相對成熟、固體片狀或者膜、表面帶有活性基因以便于連接并有效固定標(biāo)記各種生物分子的材料。目前，實驗室使用的流式芯片一般是在包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅烷(PDMS)和聚碳酯(PC)在內(nèi)的常用有機聚合物上通過微加工或者激光刻蝕技術(shù)加工得到設(shè)置加樣口、出樣口的微通道，結(jié)構(gòu)比較簡單，涉及加工技術(shù)主要有熱壓法、注塑法、印章法，多數(shù)只是為了進(jìn)行實驗進(jìn)行的簡易操作。并且由于受所使用材料的限制，通常這種材料上不適宜多種功能的集成，不適于通過微加工技術(shù)設(shè)置各種微裝置，通常是通過化學(xué)反應(yīng)把核酸探針或cDNA片段，固定標(biāo)記在聚合物板材上，用熒光或放射性標(biāo)記的靶基因與其雜交，通過熒光檢測技術(shù)或放射顯影技術(shù)進(jìn)行檢測。這些材料溶于許多有機溶劑，生物兼容性不好，標(biāo)記探針的成功率也不高，通常只適用實驗室研究，并不能應(yīng)用于量產(chǎn)。商業(yè)上使用的芯片通常是使用硅質(zhì)支持體。硅質(zhì)支持體有很好的電滲質(zhì)和優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，加工工藝成熟，生物兼容性好，有多種化學(xué)方法可以進(jìn)行表面改性進(jìn)一步提高芯片的性能，這種材質(zhì)通常用點樣法或原位合成法把檢測探針固定標(biāo)記在支持體上，通過與突光標(biāo)記的祀基因雜交進(jìn)行檢測。該方法把微電子光刻技術(shù)與DNA化學(xué)合成技術(shù)相結(jié)合，可以使芯片的探針密度大大提高，減少固定探針用的試劑用量，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和批量化大規(guī)模生產(chǎn)，有十分重要的發(fā)展?jié)摿?。硅質(zhì)基片有硅片、玻璃片等材料，其中硅作為集成電路工藝最基本的材料，制作工藝成熟，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的高度集成。但是芯片上的微通道尺寸通常在幾十甚至幾百微米以上，在硅支持體上完成這樣的尺度的加工，需要一些特殊的工藝和相對應(yīng)的儀器，如LIGA、DRIE、ICP等，制作成本高昂，制作工藝非常復(fù)雜，加工周期長，需要成熟的技術(shù)才可以完成。相對來講，玻璃支持體由于表面光滑、質(zhì)地均一、化學(xué)活性強、易于化學(xué)修飾而被廣泛使用。同時還具有成本低、產(chǎn)量高、本底熒光值低等特點，更適于作為檢測探針的載體。但是卻存在封裝難度大的缺點。另外，不論是實驗室還是商業(yè)上使用的芯片上，都是將檢測探針設(shè)置在支持體的上表面上，檢測探針的標(biāo)記面和檢測探針裸露在外面或者相對封裝不嚴(yán)密，容易受到污染，并且檢測探針難免受到諸如壓力等外界變量因素的影響，檢測探針的安全與穩(wěn)定性相對不足，影響芯片質(zhì)量及壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種廉價高效的異質(zhì)倒置流式芯片及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是異質(zhì)倒置流式芯片，包括上支持體、下支持體、封裝于上下支持體之間的芯片片基，上支持體上設(shè)置與芯片片基對應(yīng)的芯片卡槽，下支持體上設(shè)置端口伸出芯片邊緣的微導(dǎo)流槽，靠近下支持體一側(cè)的芯片片基表面上設(shè)置向下的若干檢測探針，檢測探針的位置與微導(dǎo)流槽相對應(yīng)，上支持體上設(shè)置與微導(dǎo)流槽端口對應(yīng)的微導(dǎo)流孔，所述微導(dǎo)流槽設(shè)置兩個或兩個以上位于芯片邊緣以外的端口，上支持體的微導(dǎo)流孔對應(yīng)為兩個或兩個以上，微導(dǎo)流孔為上粗下細(xì)的錐形導(dǎo)流孔。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述下支持體和上支持體的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅烷(PDMS)和聚碳酯(PC)有機聚合物中的一種，芯片片基的材質(zhì)為硅或玻璃。本發(fā)明的制備方法在于步驟A:檢驗下支持體的板材質(zhì)量后，切割下支持體毛坯件，用銑床切削整理毛坯的外形尺寸，通過激光刻蝕技術(shù)在毛坯表面加工微導(dǎo)流槽，對毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光后的下支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜；步驟B :檢驗上支持體的板材質(zhì)量后，切割上支持體毛坯件，用銑床切削整理毛坯的外形尺寸，通過激光刻蝕技術(shù)在毛坯表面加工芯片卡槽、微導(dǎo)流孔，對毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光后的上支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜；步驟C :檢驗芯片片基的板材質(zhì)量后，切IllJ芯片片基毛還件，整理外形尺寸，對芯片片基進(jìn)行清洗、干燥，在芯片上固定檢測探針，涂上固定膠后風(fēng)干15 20秒；
步驟D :芯片片基的涂膠面向下，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體上，將上支持體涂抹固定膠后風(fēng)干15 20秒，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體和芯片片基上。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是本發(fā)明在使用時，將取樣液體從上支持體一端的導(dǎo)流孔注入到微導(dǎo)流槽與芯片片基形成的微通道內(nèi)，將芯片置于空氣微注器下，空氣微注器從導(dǎo)流孔注入空氣，控制注入空氣的容量與速度，推動液體沿微通道運行并與檢測探針反應(yīng)，從檢測設(shè)備的檢測窗口觀察實驗現(xiàn)象，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)得出試驗結(jié)果。當(dāng)還需要加入反應(yīng)液進(jìn)行實驗室，可以根據(jù)需要控制導(dǎo)流槽一端的端口為兩個或者多個。本發(fā)明使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等有機聚合物制作支持體，材料成本低，且不需要使用復(fù)雜的微加工技術(shù)，只需激光刻蝕加工微導(dǎo)流槽，為微反應(yīng)體系創(chuàng)造條件，加工工藝成熟，不僅可以有效降低了加工成本和加工難度，還增加芯片強度，保護(hù)芯片不受破壞，起到芯片封裝的作用。而芯片片基則使用硅、玻璃的硅質(zhì)材料，可以用現(xiàn)有的點樣法或者原位合成法固定檢測探針，探針密度大大提高，便于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和批量化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明把芯片檢測探針的標(biāo)記面倒置，而不象常用芯片那樣置于芯片表面。一方面保護(hù)了芯片片基探針標(biāo)記面和檢測探針，另一方面還為微系統(tǒng)提供了更好的反應(yīng)條件，同時還降低了芯片的封裝成本。本發(fā)明是一種可靠、成本更低、便于大批量生產(chǎn)的新型流式芯片。設(shè)置聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的上下支持體及倒置式玻璃芯片片基的三層結(jié)構(gòu)，充分利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材質(zhì)加工工藝成熟、材料成本低的特點，設(shè)置的微通道為實驗提供反應(yīng)空間，而檢測探針則設(shè)置于方便固定標(biāo)記的玻璃片上，結(jié)構(gòu)新穎合理、材料和加工成本大幅度降低。而且檢測探針置于支持體的保護(hù)之下，質(zhì)量更穩(wěn)定，保質(zhì)期更長。使用空氣微注器等從錐形的導(dǎo)流孔注入空氣驅(qū)動實驗液體運動，一方面空氣微注器與錐形導(dǎo)流孔結(jié)合緊密，便于操縱，另一方面氣壓驅(qū)動更簡單，流體控制更精確。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖I的A-A向視圖。其中，I、上支持體，2、芯片片基，3、下支持體，21、檢測探針，31、加樣口，32、出樣
口，33、微導(dǎo)流槽。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明異質(zhì)倒置流式芯片，包括上支持體I、下支持體3、芯片片基2。芯片片基2的尺寸小于上下支持體，芯片片基2封裝于上支持體I與下支持體3之間，下支持體3和上支持體I的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，芯片片基2的材質(zhì)為玻璃。上支持體上設(shè)置與芯片片基對應(yīng)的芯片卡槽，下支持體上設(shè)置微導(dǎo)流槽33，微導(dǎo)流槽33的端部伸出與上支持體芯片卡槽邊緣對應(yīng)位置，微導(dǎo)流槽一側(cè)設(shè)置兩個位于芯片邊緣以外的端口，作為取樣液體與反應(yīng)液的加樣口 31，微導(dǎo)流槽另一側(cè)設(shè)置一個位于芯片邊緣以外的端口，作為液體的出樣口 32。近下支持體3 —側(cè)的芯片片基2是檢測探針的標(biāo)記面，標(biāo)記面上設(shè)置向下的若干檢測探針21，若干檢測探針21的標(biāo)記位置與微導(dǎo)流槽相對應(yīng)，上支持體上設(shè)置與微導(dǎo)流槽端口對應(yīng)的上粗下細(xì)的錐形微導(dǎo)流孔。實施例I下支持體的制備下支持體選用PMMA板材。制作之前先做板材質(zhì)量檢驗。板材應(yīng)為厚度均勻、表面光滑、表面無劃痕且?guī)ПＷo(hù)膜的材料，板材厚度為30_。用石材切割機將板材切成設(shè)計形狀的毛坯件。使用固定夾具固定毛坯，用銑床切削修去多余部分，吃刀量2mm，進(jìn)給量250mm/min,轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，鉆孔鉆速1440轉(zhuǎn)/分，沉孔鉆速1440轉(zhuǎn)/分，加工溫度為20°C。對銑床加工過的毛坯進(jìn)行激光蝕刻，根據(jù)給定的軌跡加工流式芯片的微導(dǎo)流槽，激光強度為50W，移動速度為250mm/s，激光束照射點溫度控制在370°C。對經(jīng)過激光刻蝕的毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光輪選用棉質(zhì),直徑為300mm，拋光膏選用顆粒細(xì)膩、不易發(fā)熱的優(yōu)質(zhì)拋光膏，拋光設(shè)備注意保證其穩(wěn)定性能、不可振動。拋光后的下支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜，以免影響光潔度。上支持體的制備上支持體也選用PMMA板材，制做之前先做板材質(zhì)量檢驗。板材應(yīng)為厚度均勻、表面光滑、表面無劃痕且?guī)ПＷo(hù)膜的材料，板材厚度為10mm。用石材切割機將板材切成設(shè)計形狀的毛坯件。使用固定夾具固定毛坯，用銑床切削修去多余部分，吃刀量2mm，進(jìn)給量250mm/min,轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，鉆孔鉆速1440轉(zhuǎn)/分，沉孔鉆速1440轉(zhuǎn)/分，加工溫度為20°C。對銑床加工過的毛坯進(jìn)行激光蝕刻，根據(jù)給定的軌跡加工芯片卡槽、與微導(dǎo)流槽
端口對應(yīng)的微導(dǎo)流孔，激光強度為50W，移動速度為250mm/s，激光束照射點溫度控制在370。。。對經(jīng)過激光刻蝕的毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光輪選用棉質(zhì),直徑為300mm，拋光膏選用顆粒細(xì)膩、不易發(fā)熱的優(yōu)質(zhì)拋光膏，拋光設(shè)備注意保證其穩(wěn)定性能、不可振動。拋光后的下支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜，以免影響光潔度。芯片片基的制備芯片片基使用玻璃材質(zhì)，檢驗板材質(zhì)量后切割設(shè)計尺寸的毛坯件，整理外形尺寸后對毛坯件以去離子水進(jìn)行清洗，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干芯片30 45秒，芯片片基干燥后，按探針標(biāo)記工藝進(jìn)行紅細(xì)胞檢測探針標(biāo)記。在芯片片基上涂抹固定膠，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干15 20秒，芯片片基上的固定膠為半干狀態(tài)。整體芯片的制備芯片片基的涂膠面向下，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體上，將上支持體涂抹固定膠后風(fēng)干15 20秒，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體和芯片片基上。本實施例可用于微粒計數(shù)類檢測。以血細(xì)胞計數(shù)為例，抽血0. 2ml置于試管中，往試管里加2ml紅細(xì)胞稀釋液，加IOul抗凝血，吸打2 3次，混合均勻，用移液器將紅細(xì)胞懸液從上支持體一端的一個加樣口注入。芯片置于空氣微注器下，從上支持體上的懸液加樣口和同一端另一個加樣口先后注入空氣,空氣容量均為Iml，注氣速度5ul/秒，空氣注入的先后時間以保證懸液按照預(yù)置的微通道流動到出樣口為準(zhǔn)。從檢測設(shè)備的檢測窗口檢測光偏振強度，并依此計算細(xì)胞數(shù)。實施例2上下支持體的制備同實施例I。芯片的制備芯片基片經(jīng)過清洗，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干芯片30 45秒，芯片片基干燥后，按抗體標(biāo)記工藝進(jìn)行抗體檢測探針標(biāo)記。在芯片片基上涂抹固定膠，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干15 20秒，芯片片基上的固定膠為半干狀態(tài)。整體芯片的制備同實施例I。本實施例可用于蛋白分子檢測。以乳酸脫氫酶為例，本次檢測以GENMEDSCIENTICS I N C U.S. A公司試劑為例，取IOOul標(biāo)簽記錄為反應(yīng)液A的Tris-乳酸緩沖液混入20ul反應(yīng)樣品，在25°C下反應(yīng)5分鐘，取該混合液從上支持體一端的加樣口注入。取標(biāo)簽記錄為反應(yīng)液B的Tris-NAD從上支持體同一端的另一個加樣口注入。將芯片置于空氣微注器下，從兩個加樣口分別注入空氣，空氣容量均為Iml,注氣速度5ul/秒。從檢測窗口檢測光偏振強度。并以此計算酶活性。實施例3上下支持體的制備同實施例I。芯片的制備芯片基片經(jīng)過清洗，干燥，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干芯片30 45秒，芯片片基干燥后，按抗體標(biāo)記工藝進(jìn)行核酸檢測探針標(biāo)記。在芯片片基上涂抹固定膠，以溫度為50°C的無塵低濕度空氣，以0. lm/s流速風(fēng)干15 20秒，芯片片基上的固定膠為半干狀態(tài)。整體芯片的制備同實施例I。本實施例可用于蛋白類檢測。以早早孕檢測為例，收集晨尿約IOOul從上支持體一端的加樣口注入，從上支持體同一端的另一個加樣口注入反應(yīng)液IOOul。將芯片置于空氣微注器下，從兩個加樣口分別注入空氣，空氣容量均為1ml，注氣速度5ul/秒。從檢測窗口檢測光偏振強度。并以此決定是否早孕。權(quán)利要求
1.異質(zhì)倒置流式芯片，其特征在于包括上支持體(I)、下支持體(3)、封裝于上下支持體之間的芯片片基(2)，上支持體(I)上設(shè)置與芯片片基對應(yīng)的芯片卡槽，下支持體(3)上設(shè)置端口伸出芯片邊緣的微導(dǎo)流槽(33)，靠近下支持體(3) —側(cè)的芯片片基表面上設(shè)置向下的若干檢測探針(21)，檢測探針的設(shè)置位置與微導(dǎo)流槽相對應(yīng)，上支持體(I)上設(shè)置與微導(dǎo)流槽端口對應(yīng)的微導(dǎo)流孔，所述微導(dǎo)流槽(33)設(shè)置兩個或兩個以上位于芯片邊緣以外的端口，上支持體的微導(dǎo)流孔對應(yīng)為兩個或兩個以上，微導(dǎo)流孔為上粗下細(xì)的錐形導(dǎo)流孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)倒置流式芯片，其特征在于所述下支持體和上支持體的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅烷、聚碳酯有機聚合物中的一種，芯片片基的材質(zhì)為娃或玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)倒置流式芯片的制備方法，其特征在于 步驟A :檢驗下支持體的板材質(zhì)量，切割下支持體毛坯件，用銑床切削整理毛坯的外形尺寸，通過激光刻蝕技術(shù)在毛坯表面加工微導(dǎo)流槽，對毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光后的下支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜； 步驟B :檢驗上支持體的板材質(zhì)量，切割上支持體毛坯件，用銑床切削整理毛坯的外形尺寸，通過激光刻蝕技術(shù)在毛坯表面加工芯片卡槽、微導(dǎo)流孔，對毛坯進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光，拋光后的上支持體用軟紙包裝或貼保護(hù)膜； 步驟C :檢驗芯片片基的板材質(zhì)量，切割芯片片基毛還件，整理外形尺寸，對芯片片基進(jìn)行清洗、干燥，在芯片上固定檢測探針，涂上固定膠后風(fēng)干15 20秒； 步驟D :芯片片基的涂膠面向下，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體上，將上支持體涂抹固定膠后風(fēng)干15 20秒，定位準(zhǔn)確后固定粘貼到下支持體和芯片片基上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異質(zhì)倒置流式芯片及其制備方法，包括聚甲基丙烯酸甲酯材質(zhì)的上支持體和下支持體、封裝于上下支持體之間的玻璃芯片片基，上支持體上設(shè)置與芯片片基對應(yīng)的芯片卡槽，下支持體上設(shè)置端口伸出芯片邊緣的微導(dǎo)流槽，近下支持體一側(cè)的芯片片基上設(shè)置向下的若干檢測探針，檢測探針的設(shè)置位置與微導(dǎo)流槽相對應(yīng)，上支持體上設(shè)置與微導(dǎo)流槽端口對應(yīng)的錐形微導(dǎo)流孔。本發(fā)明是一種可靠、成本更低、便于大批量生產(chǎn)的新型流式芯片，充分利用PMMA材質(zhì)加工工藝成熟、材料成本低的特點，設(shè)置的微通道為實驗提供反應(yīng)空間，而檢測探針以向下的方式則設(shè)置于方便固定標(biāo)記的玻璃片上，結(jié)構(gòu)新穎合理、材料和加工成本大幅度降低。
文檔編號B01L3/00GK102728420SQ20111009284
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者白向陽 申請人:白向陽