【CN110142066A】微流控芯片及分析系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910339790.9
(22)申请日 2019.04.25
(71)申请人 深圳市刚竹医疗科技有限公司
地址 518051 广东省深圳市南山区西丽街
道茶光路1089号深圳集成电路设计应
用产业园511-1
(72)发明人 汤明辉
(74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理
有限公司 44224
代理人 黄鸿华 何平
(51)Int.Cl.
B01L 3/00(2006.01)
C12M 1/38(2006.01)
C12M 1/34(2006.01)
C12M 1/00(2006.01)
(54)发明名称
微流控芯片及分析系统
(57)摘要
微流控芯片及分析系统，微流控芯片包括加
样孔、加样腔、出气口、样本富集腔、废液腔、稀释
裂解腔、虹吸管道、加样腔流通管道、裂解腔流通
管道、气体流通管道、样品输出管道、试剂分发管
道、出气管道与PCR扩增腔；稀释裂解腔顺序通过
虹吸管道分别连通各PCR扩增腔及第二废液腔；
出气口还通过出气管道连通一废液腔且废液腔
与出气口连通的位置较出气口更远离旋转中心。
样本的富集、裂解、裂解后稀释以及等量分发、多
腔室的PCR扩增都得以顺序实现，能够实现免核
酸纯化分子诊断功能，一方面可根据需求调整出
气口的位置，另一方面通过设计虹吸管道巧妙地
利用了毛细力与离心力的相对关系，形成了调控
阀以控制液体流入试剂分发管道。权利要求书2页 说明书14页 附图15页CN 110142066 A 2019.08.20
C N 110142066
A
权 利 要 求 书1/2页CN 110142066 A
1.一种微流控芯片，所述微流控芯片具有旋转中心，其特征在于，所述微流控芯片包括芯片基体，以及设置于所述芯片基体中的加样孔、加样腔、出气口、样本富集腔、废液腔、稀释裂解腔、虹吸管道、加样腔流通管道、裂解腔流通管道、气体流通管道、样品输出管道、试剂分发管道、出气管道与多个PCR扩增腔；
所述废液腔包括第一废液腔及第二废液腔；
所述加样孔分别连通外部及所述加样腔，且所述加样腔通过所述加样腔流通管道连通所述样本富集腔；
所述样本富集腔通过所述裂解腔流通管道连通所述第一废液腔，所述样本富集腔还于其远离所述旋转中心的底部位置处通过所述样品输出管道连通所述稀释裂解腔；
所述稀释裂解腔顺序通过所述虹吸管道及所述试剂分发管道分别连通各所述PCR扩增腔及所述第二废液腔；
所述第一废液腔通过所述气体流通管道连通所述第二废液腔；
所述出气口连通外部设置，所述出气口还通过所述出气管道连通一所述废液腔，且所述废液腔的与所述出气口相连通的位置较所述出气口更为远离所述旋转中心。
2.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述芯片基体开设有定位区。
3.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述出气口通过所述出气管道连通所述第二废液腔。
4.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述出气口通过所述出气管道连通所述第一废液腔。
5.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述虹吸管道具有弯折结构。
6.根据权利要求5所述微流控芯片，其特征在于，所述弯折结构与所述旋转中心的最小距离小于等于所述稀释裂解腔与所述旋转中心的最小距离。
7.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述芯片基体采用亲水材料制备。
8.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述虹吸管道内表面设有亲水材料层或者内表面进行亲水处理。
9.根据权利要求1至8中任一项所述微流控芯片，其特征在于，所述样品输出管道设有第一相变阀，且所述芯片基体设有连通外部及所述第一相变阀的第一封装孔，所述微流控芯片于所述第一封装孔处设有第一封闭盖部；
所述样本富集腔具有邻近所述旋转中心的顶部位置且于所述顶部位置处设有通气口，且所述出气口通过所述出气管道连通所述第二废液腔，所述气体流通管道设有第二相变阀，且所述芯片基体设有连通所述第二相变阀的第二封装孔，所述微流控芯片于所述第二封装孔处设有第二封闭盖部；
所述微流控芯片结构还设有多个测量腔，各所述测量腔与各所述PCR扩增腔一一对应设置，每一所述测量腔设置于所述试剂分发管道与一所述PCR扩增腔之间且所述试剂分发管道分别通过各所述测量腔连通各所述PCR扩增腔；
所述芯片基体具有部分扇形结构；
所述芯片基体开设有定位区且所述定位区设置于所述出气口与所述第二废液腔之间；所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，所述定位区的数量为一个、二个或多个；所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述微流控芯片的旋转中心相重
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微流控芯片的发展及制造工艺介绍
微流控芯片的发展及制造工艺介绍 微流控芯片的发展微全分析系统的概念是在1990年首欠由瑞士Ciba2Geigy 公司的Manz与Widmer提出的，当时主要强调了分析系统的“微”与“全”，及微管道网络的MEMS加工方法，而并未明确其外型特征。次年Manz等即在平板微芯片上实现了毛细管电泳与流动。微型全分析系统当前的发展前沿。微流控分析系统从以毛细管电泳分离为核心分析技术发展到液液萃取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。其中多相层流分离微流控系统结构简单，有多种分离功能，具有广泛的应用前景。已有多篇文献报道采用多相层流技术实现芯片上对试样的无膜过滤、无膜参析和萃取分离。同时也有采用微加工有膜微渗析器完成质谱分析前试样前处理操作的报道。流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力气压、重动、离心力、剪切力等多种手段。 直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显着地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。 微流控芯片的原理 微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA 杂交反应的微型反应器等。其中电压驱动的毛细管电泳（Capillary Electrophoresis ，CE）比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百
一文解析微流控技术原理及起源
一文解析微流控技术原理及起源 微流控技术的起源微型化、集成化和智能化，是现代科技发展的一个重要趋势。伴随着微机电加工系统（MEMS ）技术的发展，电子计算机已由当年的”庞然大物”演变成由一个个微小的电路集成芯片组成的便携系统，甚至是一部微型的智能手机。MEMS技术全称Micro Electromechanical System ，MEMS设想是由诺贝尔物理学奖获得者Richard Feynman教授于1959年提出，其基本概念是用半导体技术，将现实生活中的机械系统微型化，形成微型电子机械系统，简称微机电系统。 1962年全球第一款微型压力传感器面世，这一创新产品后来被应用于汽车安全（轮胎压力检测）和医疗（有创血压计），开启了MEMS时代。今天MEMS技术在军事、航天航空，生物医药、工业交通及消费领域扮演核心技术的角色，智能手机中就嵌入了多个MEMS 芯片，如麦克风，加速度计，GPS定位等。 微流控技术原理微流控（microfluidics ）是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。是一个涉及了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科。 微流控是系统的科学技术，它使用几十到几百微米尺度的管道，处理或操控很少量的（10*至10~18升，1立方毫米至1立方微米）流体。最初的微流控技术被用于分析。微流控为分析提供了许多有用的功能：使用非常少的样本和试剂做出高精度和高敏感度的分离和检测，费用低，分析时间短，分析设备的印记小。微流控既利用了它最明显的特征一一尺寸小，也利用了不太明显的微通道流体的特点，比如层流。它本质上提供了在空间和时间上集中控制分子的能力。 基于微流控芯片的代表性关键技术1、微流控分析芯片是新一代床旁诊断（Point of care
微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医上的应用
动物医学进展,２０１９,４０(５):１１５Ｇ１１９ P r o g r e s s i nV e t e r i n a r y M e d i c i n e 微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医上的应用 一收稿日期:２０１８Ｇ０２Ｇ２７ 一基金项目:国家重点研发计划项目(２０１６Y F D ０５００７０７);河南省科技厅基础与前沿研究项目(１６２３００４１０１６６ )一作者简介:陈凯丽(１９９１－) ,女,河南郑州人,硕士研究生,主要从事动物寄生虫学研究.?通讯作者陈凯丽,刘珍珍,王朋林,郑一玲,菅复春? (河南农业大学,河南郑州４５０００２ )一一摘一要: 微流控芯片是以微米尺度对被检测流体样品进行操作为特点的技术,与传统的检测方法相比,具有样品消耗少二速度快二效率高等优势.近年来,基于该技术已开发出很多方便快捷的检测方法,例如毛细管电泳二质谱检测二免疫检测二电化学检测二光学检测等.随着畜牧养殖业的规模化和集约化发展,动物疾病对畜牧业的影响日益加大.因此,早期快速检测动物疫病病原具有重要的社会效益和经济价值.论文就几种常用微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医领域的应用进行综述,以期为动物疾病诊断提供参考.一一关键词: 微流控芯片;检测方法;畜牧兽医;应用中图分类号:S ８５３．２１ 文献标识码:A 文章编号:１００７Ｇ５０３８(２０１９)０５Ｇ０１１５Ｇ０５ 一一人类基因组计划的提前完成在很大程度上有赖于美国P EB i o s y s t e m s 公司研制出的高效毛细管自动测序仪,同时也向人们展示了先进检测技术的重要性.微流控芯片(m i c r o f l u i d i c c h i p )检测技术与传统的分析仪器比较,具有使用成本低二样品体积小二 灵敏度高二易于和其他技术设备集成以及良好的兼 容性等显著优势[ １] .该技术是在数平方厘米的芯片上对化学或者生物样品进行操作和检测的一种生物芯片技术,可以完成样品的预处理二分离二稀释二混 合二化学反应二检测以及产品的提取等所有步骤[ ２Ｇ３ ].因其独特的优势,无论在基础研究还是产品的开发方面都受到国际上的广泛关注,目前在生命科学等诸多领域都得到了广泛的应用,本文主要概述了几种常用的微流控芯片检测方法及其在畜牧兽医检测中的应用. １一微流控芯片技术的发展简介 微流控芯片技术也叫芯片实验室(l a bo na c h i p ,L O C ),是一种以在微米尺度空间完成对化学或生物样品的常规化学和生物实验室功能为主要特 征的技术平台[４] ,简单地说就是在便携设备上甚至 是邮票大小的芯片上实现常规分析实验室所能承担 的功能.该技术是由瑞士学者在１９９０年提出[５] , 但是当时并没有得到人们的关注,发展前景不是十分明朗.直到１９９４年美国橡树岭国家实验室对芯片 毛细管电泳的进样方法进行改进[６] ,使其性能和实 用性得到了很大的提高,这在很大程度上促进了微流控芯片技术的发展.在２００４年被美国B u s i n e s s ２．０杂志列为 改变未来的７种技术之一 .微流控芯片检测技术虽然在我国的研究起步较 晚,由于科研工作者的不断探索,也得了一定的成就.方肇伦院士率先在国内开展微流控分析系统的研究,发起并组织的 沈阳国际微流控学学术论坛 显著推动了微流控学在我国的发展.林炳承作为我国微流控芯片领域的推动者,其所著的?图解微流控芯片实验室?一书为该领域的研究提供了相应的参考依据. ２一微流控芯片不同检测方法及其在畜牧兽 医中的应用 一一微流控芯片的检测方法主要涵括毛细管电泳二质谱检测二免疫检测二电化学检测及光学检测.２．１一毛细管电泳 毛细管电泳(c a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s ,C E )又称高效毛细管电泳(h i g h p e r f o r m a n c ec a p i l l a r y e l e c Ｇt r o p h o r e s i s ,H P C E ),是依据样品中各种组分的浓度不同和分配行为上的差异来实现分离的继高效液相 色谱之后又一新型的液相分离技术[ ７] .雄性激素是调控动物繁殖行为的主要因子,而睾酮作为雄激素中最重要的激素不仅能够促进副性腺功能还能刺激 精子,对于多胎动物具有十分重要的作用.H u a n g Y 等[８] 将微流控芯片毛细管电泳与化学发光检测器 相结合,在最佳条件下仅需３０s 即可准确的检测出 睾酮,这为调控动物的繁殖行为提供了快速有效的
微流控芯片研究进展与应用
“Lab‐on‐a‐Chip” 二十一世纪的分析测试平台 分析测试无疑是人类最频繁的科学技术活动之一。在人类发展的历史上，分析测试技术对科学技术的进步和经济的发展起到了至关重要的作用。在以生命科学为主导的21世纪，分析测试技术集中体现了当今世界各项高新技术的综合水平，总的发展方向是更加微型化、自动化、快速化与便携化。20世纪90年代出现的微全分析系统（Miniaturized Total Analysis Systems, μ-TAS）完全符合这一战略目标。 μ-TAS又称为芯片实验室（Lab-on-a-chip），是指通过微电子领域已经发展成熟的微型机电技术（Micro-electromechanical Systems, MEMS）在一块几平方厘米（甚至更小）的芯片上构建微型实验室分析平台，该平台集成了生物和化学分析领域中所涉及各种基本操作单位，如样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等，可取代常规生物或化学实验室的各种功能。芯片实验室的优势在于分析化学、微机电加工（MEMS）、计算机、电子学、材料科学与生物学、医学和工程学的交叉，有利于实现分析检测从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化这一目标。 计算机芯片使计算微型化，而芯片实验室使实验室微型化，因此，在生物医学领域它可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到微升甚至纳升级，而分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化学领域它可以使以前需要在一个大实验室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的分析和合成，将在一块小的芯片上花很少量样品和试剂，以很短的时间同时完成；在分析化学领域，它可以使以前大的分析仪
探析微流控芯片在医疗诊断上的应用
探析微流控芯片在医疗诊断上的应用 近年来，人们对经济发展和医疗健康的日益需求推动了微流控芯片技术，高通量技术，CTC循环肿瘤细胞，纳米医学，3D打印技术，单分子免疫阵列技术(SiMoA)，CAR-T技术，基因疗法，AI技术等不断创新和更迭，各种最新技术成果与应用案例层出不穷。 其中微流控技术自20世纪50年代首次提出以来，经过 40 年时间才出现第一款微流控产品，其间经历了基础理论奠定、单元操作技术发展、小规模集成和“微型+集成+自动化”等发展阶段，直至21 世纪初才成功在诊断领域实现商业化。2003年《福布斯》杂志把这项技术评为“影响人类未来15件最重要发明之一”。 微流控芯片，又称为芯片实验室（Lab on a Chip），主要依托于MEMS （Micro-Electro-Mechanical System）加工工艺，在几平方厘米或更小的芯片上构建的微型化、集成化、自动化的化学、生物学实验平台图，具有在微米尺度级别实现微量流体操控的能力。通过微流控芯片，实验人员可以在芯片上完成采样、预处理、反应、分离和检测等功能，并借助连接设备自动完成分析，而且微流控芯片具有高通量检测、系统集成化、微型化、自动化和便携式等显著优势，在医疗检测、体外诊断、药物筛选、基因检测、生化分析、司法鉴定、卫生检疫、环境监测的检测方面具有广阔的应用前景。 微流控芯片 微流控芯片工作原理（图片来源：Duke University） 微流控技术在医疗诊断的应用主要包括以下几个方面： 1、医疗即时检测POCT（Point-of-care Testing） 微流控芯片所具有的的多种单元技术在微小可控平台上灵活组合和规模集成的特点已使其成为现代POCT技术的首选，发展至今，已涌现出一批微流控芯片POCT分子诊断和免疫诊断的成功案例。
微流控芯片及分离多种细胞的系统的制作流程
本技术新型提供一种微流控芯片，包括基片和盖片，基片表面一端依次设有鞘液入口及细胞悬浮液入口，基片表面中部相对设有两个连续相油入口，基片表面另一端设有五个液滴出口，鞘液入口及细胞悬浮液入口上均连接有微通道，两个连续相油入口连接的微通道与并联通道形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道呈辐射状分成五条分离通道分别与五个液滴出口相连接，十字交叉端与五条分离通道的汇聚端之间连接的微通道上设有液滴观察区；五条分离通道的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极。本技术新型还提供一种使用所述微流控芯片的分离多种细胞的系统。本技术新型能提高细胞分选效率和降低成本。 权利要求书 1.一种微流控芯片，包括基片和盖片，其特征在于，基片表面一端依次设有鞘液入口(11)及细胞悬浮液入口(12)，基片表面中部相对设有两个连续相油入口(13)，基片表面另一端设有五个液滴出口(14)，鞘液入口(11)及细胞悬浮液入口(12)上均连接有微通道(15)，从鞘液入口(11)连接出的微通道(15)分成两条支路并联至细胞悬浮液入口(12)的微通道(15)的两侧，鞘液入口(11)的微通道(15)与细胞悬浮液入口(12)的微通道(15)合并形成并联通道(16)，两个连续相油入口(13)连接的微通道(15)与并联通道(16)形成十字交叉，从十字交叉处连接出的微通道(15)呈辐射状分成五条分离通道(17)分别与五个液滴出口(14)相连接，十字交叉端与五条分离通道(17)的汇聚端之间连接的微通道(15)上设有液滴观察区(18)，液滴观察区(18)的微通道(15)形成多通道结构；五条分离通道(17)的汇聚端的两侧相对设置有两个分离微电极(19)，基片上设有微通道(15)的表面与盖片键合形成所述微流控芯片。 2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微通道(15)的宽度为80至380微米。 3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微通道(15)的深度为80至100微米。 4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述基片采用PDMA、PDMS、COC、亚克力板或者PMMA，所述盖片采用玻璃、PDMS、PMMA或PC。 5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离微电极(19)呈V形结构，V形结构的两个伸出端形成有电连接点。 6.一种分离多种细胞的系统，其特征在于，使用如权利要求1至5任一项所述的微流控芯片，该系统包括四个注射泵(3)、荧光检测器(4)、电脑(5)及可编程直流电源(6)，四个注射泵(3)分别与鞘液入口(11)、细胞悬浮液入口(12)及两个连续相油入口(13)连接，以向对应入口注射对应液体，荧光检测器(4)及可编程直流电源(6)分别与电脑(5)电性连接，荧光检测器(4)用于采集液滴的荧光信号并传送给电脑(5)，电脑(5)通过将对接收信号与设定的信号进行比对，判断液滴包裹的细胞的种类；可编程直流电源(6)与两个分离微电极(19)电性连接，可编程直流电源(6)针对五种细胞有五个不同的工作模式输出五种脉冲电压，以分离多种细胞；电脑(5)与每一注射泵(3)电性连接，电脑(5)设有预定程序以控制每一注射泵(3)的注射速度。 7.根据权利要求6所述的分离多种细胞的系统，其特征在于，所述荧光检测器(4)包括显微镜以及连接于显微镜上的CCD摄像头。 8.根据权利要求6所述的分离多种细胞的系统，其特征在于，每一液滴出口(14)连接有细胞收集器(7)。
一文了解微流控芯片技术的发展和未来
一文了解微流控芯片技术的发展和未来 从1990年Manz等人首次提出了微型全分析系统的概念，到2003年Forbes 杂志将微流控技术评为影响人类未来15件最重要的发明之一，微流控技术得到了飞速的发展，其中的微流控芯片技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在生物、化学、医药等领域都发挥着巨大的作用，成为科学家手中流动的“芯”。 微流控芯片技术 微流控，是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。通过在微尺度下流体的控制，在20世纪80年代，微流控技术开始兴起，并在DNA芯片，芯片实验室，微进样技术，微热力学技术等方向得到了发展。 微流控分析芯片最初在美国被称为“芯片实验室”（lab-on-a-chip），在欧洲被称为“微整合分析芯片”（micrototal analytical systems），它是微流控技术（Microfluidics）实现的主要平台，可以把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。有着体积轻巧、使用样品及试剂量少，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点的微流控芯片，在生物、化学、医学等领域有着的巨大潜力，近年来已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。 微流控芯片的原理 微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛
用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统及其使用方法与设计方案
一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统及其使用方法，包括毛细管a、毛细管b、毛细管c；所述微流控制芯片有两个进口和一个出口，所述毛细管a和毛细管b一端分别与微量注射泵a和微量注射泵b出口端相连，另一端分别与微流控芯片的进口Ⅰ和进口Ⅱ相连；所述毛细管c一端与微流控芯片的出口相连，另一端通过商用雾化系统与电感耦合等离子体质谱仪相连；一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统对单细胞进行检测的使用方法：步骤1，准备进样；步骤2，细胞的有序排列；步骤3，单细胞束形成；步骤4，单细胞液流雾化；步骤5，单细胞的定量分析；步骤6，重复测定。不受限于特定流体条件限制，在宽范围的流速下形成稳定高效的单细胞排列。 权利要求书 1.一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统，其特征在于，包括微量注射泵a、微量注射泵b、微流控芯片、毛细管a、毛细管b、毛细管c；所述微流控制芯片有两个进口和一个出口，两个进口分别是进口Ⅰ和进口Ⅱ，所述毛细管a一端与微量注射泵a出口端相连，另一端与微流控芯片的进口Ⅰ相连，毛细管a作为细胞悬浮液进口通道；所述毛细管b一端与微量注射泵b出口端相连，另一端与微流控芯片的进口Ⅱ相连，毛细管b作为补充标准溶液进口通道；所述毛细管c一端与微流控芯片中位于汇合通道末端的出口相连，另一端通过商用雾化系统与电感耦合等离子体质谱仪相连，毛细管c作为单细胞出口通道。 2.根据权利要求1所述的一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统，其特征在于：所述微流控制芯片还包括螺旋缠绕八圈的盘状微米级单细胞分离通道、螺旋缠绕一圈的微米级多功能通道及微米级汇流通道组成，所述微米级单细胞分离通道和微米级多功能通道在出口处相连形成微米级汇流通道，在微米级单细胞分离通道内均匀设置有微障碍物；微米级单细胞通道宽度为100～500μm，总长为8.9～44.5cm，微米级单细胞通道内微障碍物长度50～250μm，宽度为50～250μm，共计52～210个；微米级多功能通道宽度为200～1000μm，长度为1.0～5.0cm；微米级汇流通道宽度为200～500μm；整体高度均为50～100μm；微流控芯片的面积为0.3cm2～4.0cm2。 3.一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统对单细胞进行检测的使用方法，采用权利要求1所述的一种用于单细胞分析的微流控芯片质谱系统，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，准备进样：由微量注射泵a提供细胞内含特定元素的细胞悬浮液，通过毛细管a连接到微流控芯片进口Ⅰ；由微量注射泵b提供进行定量元素分析的补充标准溶液，通过毛细管b连接到微流控芯片进口Ⅱ； 步骤2，细胞的有序排列：根据粒子惯性聚焦原理，细胞悬浮液由微量注射泵a被毛细管a引入微流控芯片中，在添加微障碍物的作用下，液流在微米级单细胞分离通道中不断地进行二次流加速，二次流产生的作用力不断作用到细胞上，细胞悬浮液中杂乱无章的细胞被排列为井然有序的单细胞 束；
微流控芯片加工技术解析
微流控芯片加工技术解析 微流控芯片的发展微全分析系统的概念是在1990年首欠由瑞士Ciba2Geigy 公司的Manz与Widmer提出的，当时主要强调了分析系统的微与全，及微管道网络的MEMS加工方法，而并未明确其外型特征。次年Manz等即在平板微芯片上实现了毛细管电泳与流动。微型全分析系统当前的发展前沿。微流控分析系统从以毛细管电泳分离为核心分析技术发展到液液萃取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。其中多相层流分离微流控系统结构简单，有多种分离功能，具有广泛的应用前景。已有多篇文献报道采用多相层流技术实现芯片上对试样的无膜过滤、无膜参析和萃取分离。同时也有采用微加工有膜微渗析器完成质谱分析前试样前处理操作的报道。流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力气压、重動、离心力、剪切力等多种手段。 直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显著地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。 微流控芯片的原理微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA 杂交反应的微型反应器等。其中电压驱动的毛细管电泳（Capillary Electrophoresis ，CE）比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百种样品的平行分析。自1992 年微流控芯片CE 首次报道以来，进展很快？首台商品仪器是微流控芯片CE （生化分析仪，Aglient），可提供用于核酸及
微流控芯片的加工方法
微流控芯片的加工方法 MEMS技术是u-TAS发展的基础，也是微流控芯片加工中最广泛采用的方法。MEMS加工技术包括了常规平面工艺中的光刻、氧化、扩散、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)生长、镀膜、压焊等，又增加了三维体加工工艺，如双面光刻、各向异性和各向同性化学腐蚀、等离子或离子束深刻蚀、LIGA技术、硅—硅键合、硅—玻璃键合等。 目前，国际上应用较为广泛的MEMS制造技术有牺牲层硅工艺、体微切削加工技术和LIGA工艺等，新的微型机械加工方法还在不断涌现，这些方法包括多晶硅的熔炼和声激光刻蚀等。结合微流控芯片的具体功能要求与芯片选用的材料特性，微流控芯片的加工工艺在MEMS加工工艺基础上有所发展，主要包括光刻和蚀刻等常规工艺，以及模塑法、软光刻、激光切蚀法、LIGA技术等特殊工艺。 1、硅质材料加工工艺 在硅材料的加工中，光刻(lithography)和湿法刻蚀(wetetching)技术是2种常规工艺。由于硅材料具有良好的光洁度和很成熟的加工工艺，主要用于加工微泵、微阀等液流驱动和控制器件，或者在热压法和模塑法中作为高分子聚合物材料加工的阳模。光刻是用光胶、掩模和紫外光进行微制造。光刻和湿法蚀刻技术通常由薄膜沉淀、光刻、刻蚀3个工序组成。
首先在基片上覆盖一层薄膜，在薄膜表面用甩胶机均匀地附上一层光胶。然后将掩模上的图像转移到光胶层上，此步骤为光刻。再将光刻上的图像，转移到薄膜，并在基片上加工一定深度的微结构，此步骤完成了蚀刻。 在石英和玻璃的加工中，常常利用不同化学方法对其表面改性，然后可以使用光刻和蚀刻技术将微通道等微结构加工在上面。玻璃材料的加工步骤与硅材料加工稍有差异，主要步骤有：1)在玻璃基片表面镀一层Cr，再用甩胶机均匀的覆盖一层光胶；2)利用光刻掩模遮挡，用紫外光照射，光胶发生化学反应；3)用显影法去掉已曝光的光胶，用化学腐蚀的方法在铬层上腐蚀出与掩模上平面二维图形一致的图案；4)用适当的刻蚀剂在基片上刻蚀通道；5)刻蚀结束后，除去光胶和牺牲层，打孔后和玻璃盖片键合。标准光刻和湿法刻蚀需要昂贵的仪器和超净的工作环境，无法实现快速批量生产， 2、高聚物材料加工工艺 以高聚物材料为基片加工微流控芯片的方法主要有：模塑法、热压法、LIGA技术、激光刻蚀法和软光刻等。模塑法是先利用光刻和蚀刻的方法制作出通道部分突起的阳模，然后在阳模上浇注液体的高分子材料，将固化后的高分子材料与阳模剥离后就得到了具有微结构的基片，之后与盖片(多为玻璃)封接后就制得高聚物微流控芯片。这一方法简单易行，不需要高技术设备，是大量生产廉价芯片的方法。热压法也需要事先获得适当的阳模。热压法的具体步骤为：在热压装置中将高聚物基片与阳模紧贴在一起，当基片加热到软化温度后，对阳模施加压力，可在基片上印制出相应的微结构，将阳模和基片一起冷却后脱模，就得到所需的微结构。此法比较适用于PMMA和PC等聚合物材料。LIGA技术适合高深宽比的聚合物芯片的制作，其加工流程是由X光深层光刻，微电铸和微复制3个环节构成。X光深层光刻可以在光胶中得到高深宽比的微通道；微电铸是在显影后的光胶图像间隙(微通道)中沉积金属，去掉光胶后得到所需微通道的阳模；微复制是在阳模上通过复制模塑方法在高聚物材料上形成所需的微通道结构。除了可制作较大高宽比的结构，与其它微细加工方法相比，LIGA技术还具有应用材料广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；可制作任意截面形状图形结构，加工精度高，可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制造成本相对较低。激光刻蚀法是一种不同于以往方法的新加工方法，它可直接根据计算机CAD数据在金属、塑料等材料上加工微结构，是一种非接触式的加工手段。它利用紫外激光使高分子材料曝光，把二维图形复制下来，通过控制曝光的强度控制材料的刻蚀深度，最终用压力吹去降解产物，得到有通道的微流控基片，该方法加工简便快捷，但是对技术设备要求较高 3、软光刻加工工艺
微流控芯片细胞捕获分离方法概述
微流控芯片细胞捕获分离方法概述 董盛华1）张晶2）葛胜祥2）** （1）厦门大学生命科学学院，厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心，厦门 361100） 2）厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心，厦门 361100） 摘要细胞捕获分离是免疫学、诊断检测、病理研究等学科经常用到的生物学实验方法.近年来微流控芯片平台的细胞捕获分离方式花样繁多，层出不穷，它具有可快速检测、所需样本量少、节约试剂、成本低廉等优势.本文主要对近年来多种微流控细胞捕获分离的方法，以免疫捕获分离和无标签细胞分离两类对其进行介绍.免疫捕获分离是较为传统的细胞捕获分离方式，它的特异性好，捕获分离后的细胞纯度较高.无标签细胞分离是近几年热门发展的技术手段，它采用物理与生物相结合的方式，能较好的保持细胞的完整性和生物活性.细胞捕获分离在微流控平台的应用虽然发展迅速，但其在工业化生产和微型化整合等方面还存在一些问题，只有解决生产问题，细胞捕获分离在微流控平台的应用才真正具有实际价值，可以真正作为一种技术手段用于日常的实验操作和医学检测中.就目前而言，细胞捕获分离在微流控芯片中还具有很大的发展前景. 关键字微流控芯片，细胞分离，免疫捕获，无标签细胞分离 学科分类号Q81，R44 1 *国家自然科学基金，基于微流控集成芯片的全自动CD4+T淋巴细胞计数HIV艾滋病现场检测方法研究资助（81371711）. **通讯联系人. Tel:135******** , E-mail: sxge@https://www.360docs.net/doc/41913070.html, 收稿日期：2016-06-27，接受日期：2016-10-20
2 生物化学与生物物理进展Prog. Biochem. Biophys. 1 引言 细胞捕获分离是指把在液体中的多种混合细胞通过物理化学生物等手段，从液体中分离出一种或几种细胞的过程.细胞捕获分离作为生物学、医疗诊断、毒理监测等方面的重要实验内容，一直是实验室研究的一个热点.细胞捕获分离后可用于细胞计数、细胞培养、细胞免疫及细胞周期状态观测等后续实验，是一种必不可少的实验手段. 在很多时候，细胞计数与细胞捕获分离的区分并不明确，细胞计数常会用到细胞捕获分离作为前置手段，但很多细胞计数的手段和方法并不能适用于细胞捕获分离.细胞计数只要求得到规定样品中目的细胞数，在很多时候可以通过破坏细胞结构[1]或在混合样品中直接针对特定细胞的电容电阻进行测定[2]，并不一定要对目的细胞进行捕获分离.而细胞分离则需要从样本中有针对性的分离出所需细胞，往往对收集后的细胞还有较高的要求，需要保持细胞原有的形态，甚至一些实验还要求细胞生长状态正常，以便对其进一步的观察和研究.这就大大限制了细胞分离的方法，提高了难度. 细胞计数主要包括白细胞、红细胞、循环肿瘤细胞等细胞计数.白细胞计数（包括CD3+/CD4+/CD8+ T 淋巴细胞计数等[3]）常用于检测炎症反应、人体免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus,HIV）感染[4]、寄生虫感染等与人体免疫相关的疾病[5]，其数值的升高和降低都会对体内免疫系统产生巨大影响，常作为人体健康状况的重要参照指标.红细胞计数作为血常规的一个检测指标，常用于贫血、白血病等病症的检测.另外，近年来针对癌症相关研究的不断突破，计数检测外周血中痕量循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells, CTCs）也成为了癌症诊断的一个生物标志物，可以检测癌细胞的迁移[6].除细胞计数外，生物科学和医疗诊断的前期实验也常需要细胞分离技术，为后续如药物刺激、细胞培养等实验研究做准备. 目前细胞分离的手段多种多样，如流式细胞分离、蔗糖密度梯度离心细胞分离、介电电泳分离[7]等，在本篇文章中就不做赘述.本文具体介绍的是这几年迅速发展起来的微流控平台的细胞捕获分离技术. 2 微流控芯片发展介绍 微流控芯片技术是指把生物、化学等实验的基本操作过程集成到一块芯片上，其芯片内部结构中至少有一维为微米甚至纳米尺度规格结构，可以自动完成实验及分析的全过程.由于微流控芯片具有集成性、高通量、检测快速、操作便利、所需样本量少、低耗能低成本等优点，近年来其在药物筛选、环境检测、司法检测、临床诊断和生物医药研究等众多科研与生活领域拥有越来越广阔的应用前景[2]. 图一微流控芯片结构示意图 Fig.1 The structure diagram of microfluidic chips 微流控芯片主要是在微米尺度下操控的流通技术，但是与传统的流通技术相比，微流控系统一个最重要特征就是微型化，而且同时要考虑便于携带和检测，微流控芯片在精细结构上要比流体技术更为复杂.微流控芯片的主要构成部分根据不同的实验目的与需求会有很大的不同，有关细胞捕获分离的微流控芯片，
微流控芯片技术详解_微流控技术在生物医学上的应用
微流控芯片技术详解_微流控技术在生物医学上的应用 微流控芯片技术（Microfluidics）是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。 本文首先介绍了微流控技术原理及微流控芯片的工作原理，其次详细的阐述了微流控芯片技术，最后介绍了微流控技术在生物医学上的应用，具体的跟随小编一起来了解一下。 微流控技术原理微流控（microfluidics ）是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。是一个涉及了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科。 微流控是系统的科学技术，它使用几十到几百微米尺度的管道，处理或操控很少量的（10*至10~18升，1立方毫米至1立方微米）流体。最初的微流控技术被用于分析。微流控为分析提供了许多有用的功能：使用非常少的样本和试剂做出高精度和高敏感度的分离和检测，费用低，分析时间短，分析设备的印记小。微流控既利用了它最明显的特征一一尺寸小，也利用了不太明显的微通道流体的特点，比如层流。它本质上提供了在空间和时间上集中控制分子的能力。 微流控芯片的工作原理微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成