專利名稱：集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生化樣品分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及早期疾病診斷中細(xì)胞的操縱和檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對(duì)健康的期望要求越來(lái)越高，期望對(duì)疾病特別是癌癥能早期診斷，要求及時(shí)有效地治療。通過(guò)對(duì)生化樣品，如蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞的分析和檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病早期診斷的方法之一。能夠幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)病情，并有效地采取治療措施，這對(duì)提高人們的健康水平有非常重要的作用和意義。因此，對(duì)生化樣品的分析檢測(cè)，特別是對(duì)細(xì)胞的操縱和檢測(cè)越來(lái)越引起科學(xué)工作者的重視。為了實(shí)現(xiàn)更快速、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的細(xì)胞檢測(cè)分析，人們都在尋求一種能夠?qū)⒓?xì)胞操縱和檢測(cè)功能集成一體的系統(tǒng)和器件。 現(xiàn)有的細(xì)胞操縱和檢測(cè)系統(tǒng)，如2008年Talanta第74期1621-1629頁(yè)"叉指式微電極研究細(xì)胞溶液電化學(xué)阻抗譜的分析"(Electrical impedance spectroscopyfor detectionof bacterial cells in suspensions using interdigitatedmicroelectrodes)搭建的系統(tǒng)主要由一個(gè)25 y L的微腔體，阻抗檢測(cè)微電極、阻抗檢測(cè)器、玻璃蓋片和探針電極組成。其微腔體是在一塊底板的兩端涂上薄薄的硅膠層，再在硅膠上蓋一玻璃蓋片形成的；阻抗檢測(cè)微電極為金陣列電極，布置在微腔體內(nèi)的底板上，并通過(guò)探針電極連接阻抗檢測(cè)微電極和阻抗檢測(cè)器。該系統(tǒng)主要的缺點(diǎn)是只能檢測(cè)體系阻抗，無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的操縱，同時(shí)檢測(cè)限也很高，在細(xì)胞很少的情況下，檢測(cè)不到有效信號(hào)，而疾病早期的時(shí)候，分析樣品中標(biāo)志著疾病的細(xì)胞通常很少，因此，該系統(tǒng)達(dá)不到高靈敏檢測(cè)的要求。又如1999年Appl. Phys.第32期2814-2820頁(yè)"通過(guò)介電泳阻抗檢測(cè)電極定量分析溶液中微生物濃度，，(Quantitativeestimation of biological cell concentrationsuspended in aqueous medium by usingdielectrophoretic impedance measurementmethod)搭建的介電泳阻抗檢測(cè)系統(tǒng)由進(jìn)樣泵、微腔體、介電電泳芯片、顯微鏡、示波器和電源組成。進(jìn)樣泵通過(guò)管道將樣品輸送至介電電泳芯片組成的微腔體，介電電泳芯片是包含玻璃基片及其表面沉積的金電極，可直接通過(guò)顯微鏡觀察介電電泳芯片上細(xì)胞的行為；示波器通過(guò)電線連接在電路上，阻抗信號(hào)最終通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送至計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)主要的缺點(diǎn)是需要用到顯微鏡、示波器之類的大型儀器，不能實(shí)現(xiàn)DEP分析系統(tǒng)的集成化和微型化；整個(gè)系統(tǒng)的電路控制不穩(wěn)定；其中，介電電泳芯片的金電極同時(shí)也用作阻抗檢測(cè)，使得細(xì)胞捕獲和阻抗檢測(cè)共用一對(duì)叉指式金電極，其在高效獲捕細(xì)胞和阻抗高靈敏度檢測(cè)上難以協(xié)調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有細(xì)胞操縱和檢測(cè)系統(tǒng)的不足，提供一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，具有高集成化、高效、高靈敏度和微型化的特點(diǎn)。
本發(fā)明的機(jī)理本發(fā)明主要是基于微流控芯片介電電泳(Dielectrophoresis，DEP)和生物交流阻抗檢測(cè)的原理，在非均勻電場(chǎng)中，根據(jù)微、納米粒子的介電性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行操縱的技術(shù)，這種利用微粒在非均勻電場(chǎng)中的極化效應(yīng)來(lái)達(dá)到操縱微粒的方法即是介電電泳技術(shù)。介電電泳與微流控分析系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)形成了微流控芯片介電電泳系統(tǒng)，并在細(xì)胞操縱方面顯示出更大的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)施加信號(hào)頻率等的改變能夠控制它們所受介電電泳的正負(fù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微、納米粒子的精確操縱；在細(xì)胞的檢測(cè)和相關(guān)信息分析方面，基于生物交流阻抗原理，通過(guò)細(xì)胞及其溶液在微流控芯片上電學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)獲得相應(yīng)的電學(xué)信號(hào)，從而達(dá)到檢測(cè)分析細(xì)胞的目的。從細(xì)胞中獲得的電信號(hào)能夠?yàn)獒t(yī)療臨床診斷、食品安全檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物/基因篩選以及分子結(jié)構(gòu)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)等研究和實(shí)際應(yīng)用提供有價(jià)值的信息。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，主要包括交流信號(hào)電源、微芯片、集成電路控制單元和計(jì)算機(jī)。交流信號(hào)電源通過(guò)電纜線與集成電路控制單元的電源接頭連接，微芯片通過(guò)其管腳與集成電路控制單元的芯片接口連接，集成電路控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，組成了一套完整穩(wěn)定的集成化介電電泳(DEP)分析微系統(tǒng)。 交流信號(hào)電源為可調(diào)式交流信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)電源線與220V市電連接，其輸出信號(hào)電壓范圍為0 IOV，頻率范圍為100Hz 10MHz，由信號(hào)輸出端通過(guò)電纜線與集成電路控制單元的電源接頭連接，用以對(duì)集成電路控制單元和微芯片施加激發(fā)信號(hào)，以便微芯片中的細(xì)胞操縱單元電極和阻抗檢測(cè)單元電極捕獲并檢測(cè)細(xì)胞。 集成電路控制單元是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為10 15cm，寬為8 10cm。集成電路控制單元主要包括電源接頭、芯片接口 、模擬乘法器、儀表放大器、A/D數(shù)據(jù)采集卡、電容和電阻等。電源接頭通過(guò)電纜線與交流信號(hào)電源連接，用以向微芯片和本單元提供激發(fā)信號(hào)。電容和電阻串聯(lián)后一端接地，另一端與模擬乘法器的輸入端并聯(lián)后，再與芯片接口的輸出端連接，用于平衡和穩(wěn)定集成電路控制單元的電路。芯片接口通過(guò)微芯片的管腳與微芯片連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微芯片中的樣品施加信號(hào)，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給模擬乘法器。模擬乘法器接受由微芯片傳送的檢測(cè)信號(hào)，并將該信號(hào)調(diào)制成能放大的差分信號(hào)后，傳送給儀表放大器，儀表放大器進(jìn)行鎖相放大后，傳送到A/D數(shù)據(jù)采集卡，A/D數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，傳送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集、顯示及保存。 微芯片由帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片和沉積有細(xì)胞操縱和檢測(cè)單元電極的玻璃基片組成。帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片的管道長(zhǎng)度為10mm 15mm，其截面形狀為圓形，其外徑為150 300 ii m。其管道的一端為兩個(gè)叉支管，以便被測(cè)樣品細(xì)胞溶液(如癌細(xì)胞或血紅細(xì)胞或白細(xì)胞溶液)，從該端的兩個(gè)叉支管流入后，經(jīng)管道從另一端流出后，再流入廢液池。在帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片下面，通過(guò)鍵合連接有玻璃基片，玻璃基片上分別沉積有細(xì)胞操縱單元電極和阻抗檢測(cè)單元電極。細(xì)胞操縱單元電極用以捕獲其管道內(nèi)被測(cè)樣品細(xì)胞溶液中的細(xì)胞。阻抗檢測(cè)單元電極對(duì)捕獲后的細(xì)胞的阻抗進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)?，隨著細(xì)胞的不斷捕獲，其細(xì)胞濃度隨著增加，則阻抗檢測(cè)信號(hào)也不斷增強(qiáng)，從而檢測(cè)的靈敏度得到提高。細(xì)胞操縱單元電極為陣列式對(duì)電極，共15 25對(duì)，其材料為金或鈦金等穩(wěn)定性能較好的金屬。每一電極的長(zhǎng)度為50 70 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形其寬度為30 40 ii m、長(zhǎng)度為50 70 ii m。每對(duì)電極的間距為30 50 y m，相鄰兩 對(duì)電極的間距為20 30ym。用以對(duì)被測(cè)樣品細(xì)胞溶液中的細(xì)胞進(jìn)行操縱(即對(duì)細(xì)胞進(jìn)行 捕獲、分離和富集等控制)。阻抗檢測(cè)單元電極為叉指式陣列電極，共25 50對(duì)，其材料為 金或鈦金等穩(wěn)定性能較好的金屬。每個(gè)電極的長(zhǎng)度為70 90 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形 其寬度為30 ii m 50 ii m，長(zhǎng)度為50 y m 70 y m。相鄰電極間間距為30 50iim，用以對(duì) 細(xì)胞溶液樣品的阻抗進(jìn)行檢測(cè)。密集布置的細(xì)胞操縱單元電極和阻抗檢測(cè)單元電極能夠有 效地控制區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞溶液樣品中的細(xì)胞進(jìn)行捕獲及阻抗檢測(cè)。微芯片的寬度為14mm 50mm，長(zhǎng)度為25mm 50mm，是一塊集細(xì)胞分離、富集、檢測(cè)功能于一體的微流控介電電泳芯 片，能夠在操縱細(xì)胞的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行選擇性的地檢測(cè)分析。 計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線接收集成電路控制單元上由A/D數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信 號(hào)，并顯示與保存數(shù)據(jù)。 本發(fā)明的微芯片中所述的帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片的管道的截面 形狀，除所述的圓形外，還有正方形或長(zhǎng)方形；所述的玻璃基片兩端的細(xì)胞操縱電極和阻抗 檢測(cè)電極的截面形狀，除所述的長(zhǎng)方形外，還有正方形或圓形。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，主要有以下效果 1.本發(fā)明的微芯片將細(xì)胞操縱和檢測(cè)兩個(gè)單元分離，并同時(shí)布置于一塊微芯片
上，使得各自單元都能夠最大效用地工作，增強(qiáng)了捕獲效率，提高了檢測(cè)靈敏度； 2.采用集成電路控制單元控制信號(hào)的施加、放大控制和采集，使得整個(gè)電路穩(wěn)定
性增強(qiáng)，操作更靈活； 3.本發(fā)明的外電路控制采用集成化的微型控制電路板，又方案中無(wú)需顯微鏡、示 波器之類的大型觀測(cè)儀器，有效地實(shí)現(xiàn)了 DEP分析系統(tǒng)微型化，且便攜性更好，使用方便。
本發(fā)明可廣泛用作生化樣品的分析檢測(cè)和疾病的早期診斷，特別適用于細(xì)胞分子 生物學(xué)研究、癌細(xì)胞的捕獲與檢測(cè)和早期癌癥的診斷等方面，還可廣泛用作食品安全檢測(cè)、 環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物/基因篩選等領(lǐng)域中。


圖l為本發(fā)明的原理框圖； 圖2為本發(fā)明集成電路控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明中微芯片的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
圖4為本實(shí)施例1癌細(xì)胞的定量分析曲線。 圖中1計(jì)算機(jī)，2交流信號(hào)電源，3集成電路控制單元，4微芯片，5電源接頭，6模 擬乘法器，7芯片接口，8電容，9電阻，10儀表放大器，11 A/D信號(hào)采集卡，12進(jìn)樣口，13玻 璃基片，14帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片，15細(xì)胞操縱單元微電極，16阻抗檢測(cè) 單元微電極。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1 如圖1 4所示， 一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，主要包括交流信號(hào)
6電源2、微芯片4、集成電路控制單元3和計(jì)算機(jī)1。交流信號(hào)電源2通過(guò)電線跟集成電路控 制單元3的電源接頭5連接，微芯片4通過(guò)其管腳與集成電路控制單元的芯片接口 7連接， 集成電路控制單元3則通過(guò)數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)1相連，組成了一套完整穩(wěn)定的集成化介電電 泳(DEP)分析微系統(tǒng)。 交流信號(hào)電源2為可調(diào)式交流信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)電源線跟220V市電連接，其輸出 信號(hào)電壓為0 IOV，頻率為100Hz 10MHz，由信號(hào)輸出端通過(guò)電纜線與集成電路控制單 元3的電源接頭5連接，用以施加激發(fā)信號(hào)，以便微芯片4中的細(xì)胞操縱單元電極15和阻 抗檢測(cè)單元電極16捕獲并檢測(cè)細(xì)胞。 集成電路控制單元3是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板 的長(zhǎng)為13cm、寬為9cm。集成電路控制單元主要包括電源接頭5、芯片接口 7、模擬乘法器6、 儀表放大器10、 A/D數(shù)據(jù)采集卡11、電容8和電阻9等。電源接頭5通過(guò)電線跟交流信號(hào) 電源2連接，用以向微芯片4和本單元提供激發(fā)信號(hào)。電容8和電阻9串聯(lián)后接地，用于平 衡和穩(wěn)定集成電路控制單元3的電路。芯片接口 7通過(guò)微芯片的管腳與微芯片連接，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)微芯片4上的樣品施加信號(hào)，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給模擬乘法器6。模擬乘法器6接受由 微芯片4傳送的檢測(cè)信號(hào)，其將該信號(hào)調(diào)制成能放大的差分信號(hào)后，傳送給儀表放大器10， 經(jīng)儀表放大器實(shí)現(xiàn)鎖相放大后，傳送到A/D數(shù)據(jù)采集卡11， A/D數(shù)據(jù)采集卡11將信號(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào)后，傳送給計(jì)算機(jī)1 ，實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)采集和保存。 微芯片4由帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片14和沉積有細(xì)胞操縱和檢測(cè) 單元電極15、 16的玻璃基片13組成。帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片14的管道長(zhǎng) 度為12mm，其截面為圓形，其外徑為200 y m。其管道的一端為兩個(gè)叉支管12，以便被測(cè)細(xì)胞 溶液(如癌細(xì)胞溶液)樣品液從該端的兩個(gè)叉支管流入后，經(jīng)管道從另一端流入廢液池。在 帶有管道的聚二甲基硅氧烷(pmis)蓋片14下面通過(guò)鍵合連接有玻璃基片13，在玻璃基片 13上分別沉積有細(xì)胞操縱單元電極15和阻抗檢測(cè)單元電極16。細(xì)胞操縱單元電極15用以 捕獲蓋片14管道內(nèi)的被測(cè)細(xì)胞溶液樣品中的細(xì)胞，阻抗檢測(cè)單元電極16對(duì)捕獲后的細(xì)胞 的阻抗進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)?，隨著細(xì)胞的不斷捕獲，其細(xì)胞濃度隨著增加，則阻抗檢測(cè)信號(hào)也不 斷增強(qiáng)，從而檢測(cè)的靈敏度得到提高。細(xì)胞操縱單元電極15為陣列式鈦金微對(duì)電極，先在 玻璃基片上沉積一層鈦，然后再沉積金，最后形成電極，這樣有利于電極的穩(wěn)定，電極共20 對(duì)。每一電極的長(zhǎng)度為60 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為35 ii m，長(zhǎng)度為60 y m，每對(duì) 電極的間距為40 ii m，相鄰兩對(duì)電極的間距為25 ii m，用以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操縱，即對(duì)細(xì)胞進(jìn)行 捕獲、分離和富集等控制。阻抗檢測(cè)單元16為叉指式鈦金微陣列電極，先在玻璃基片上沉 積一層鈦，然后再沉積金，最后形成電極，這樣有利于電極的穩(wěn)定，電極共30對(duì)。每一電極 的長(zhǎng)度為80 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為40 ii m，長(zhǎng)度為60 y m，相鄰電極間間距 為40 ii m。密集布置的細(xì)胞操縱單元電極和阻抗檢測(cè)單元電極15、 16能夠有效地控制區(qū)域 內(nèi)的細(xì)胞溶液樣品中的細(xì)胞進(jìn)行捕獲及阻抗檢測(cè)。微芯片4的寬度為30mm，長(zhǎng)度為40mm， 是一塊集細(xì)胞分離、富集、檢測(cè)功能于一體的微流控介電電泳芯片，能夠在操縱細(xì)胞的同時(shí) 實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行選擇性的地檢測(cè)分析。 計(jì)算機(jī)1通過(guò)數(shù)據(jù)線接收集成電路控制單元上由A/D數(shù)據(jù)采集卡11轉(zhuǎn)換成的數(shù) 字信號(hào)，并顯示與保存數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)血紅細(xì)胞與肝癌細(xì)胞的有效DEP分離和捕 獲，肝癌細(xì)胞的捕獲率可達(dá)80%以上，阻抗檢測(cè)的數(shù)據(jù)可對(duì)捕獲的肝癌細(xì)胞進(jìn)行有效地定
實(shí)施例2 —種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，同實(shí)施例l，其中集成電路控制 單元3是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為10cm、寬為8cm。 帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片管道長(zhǎng)度為10mm，其截面形狀為圓形，其外徑為 150 ii m。操縱單元電極15為陣列式鈦金微對(duì)電極，共15對(duì)。每一電極的長(zhǎng)度為50 ii m，電 極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30iim，長(zhǎng)度為50iim，每對(duì)電極的間距為30iim，相鄰兩對(duì) 電極的間距為20 ii m。阻抗檢測(cè)單元電極16為叉指式鈦金微陣列電極，共25對(duì)。每一電極 的長(zhǎng)度為70 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30 ii m，長(zhǎng)度為50 y m，相鄰電極間間距 為30iim。微芯片的寬度為14mm，長(zhǎng)度為25mm。
實(shí)施例3 —種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，同實(shí)施例l，其中集成電路控制單 元3是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為15cm、寬為10cm。 帶有管道的聚二甲基硅氧烷(P匿S)蓋片管道長(zhǎng)度為10mm，其截面形狀為圓形，其外徑為 300 ii m。操縱單元電極15為陣列式鈦金微對(duì)電極，共25對(duì)。每一電極的長(zhǎng)度為70 y m，電 極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為40 ii m，長(zhǎng)度為70 ii m，每對(duì)電極的間距為50 y m，相鄰兩對(duì) 電極的間距為30 ii m。阻抗檢測(cè)單元電極16為叉指式鈦金微陣列電極，共50對(duì)。每一電極 的長(zhǎng)度為90 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為50 ii m，長(zhǎng)度為70 y m，相鄰電極間間距 為50iim。微芯片的寬度為40mm，長(zhǎng)度為50mm。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果 用實(shí)施例1的一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，將配制好的被測(cè)樣品 癌細(xì)胞溶液輸入微芯片的進(jìn)樣口 12中，接通交流信號(hào)電源2，進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得癌細(xì)胞的定量 分析曲線，如圖4所示。 從上述實(shí)驗(yàn)知本發(fā)明的集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，能夠?qū)Π?細(xì)胞溶液樣品中的癌細(xì)胞進(jìn)行有效的DEP捕獲，并能通過(guò)阻抗檢測(cè)對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行定量 分析。在癌細(xì)胞濃度為104以上情況下，其阻抗值Z與細(xì)胞濃度C之間的曲線方程為Z =-0. 018C+9895. 9，R2 = 0. 9962，說(shuō)明其線性相關(guān)性較好，能夠較為有效的用于癌細(xì)胞的定 量分析。細(xì)胞操縱單元電極可以利用DEP對(duì)低濃度的癌細(xì)胞溶液樣品進(jìn)行濃集，由圖4的 標(biāo)準(zhǔn)曲線及對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行DEP捕獲后測(cè)得的阻抗值，定量出DEP捕獲后的癌細(xì)胞濃度為原 癌細(xì)胞溶液樣品的2倍以上，DEP對(duì)癌細(xì)胞捕獲效率可達(dá)80%以上。
權(quán)利要求
一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)(1)、交流信號(hào)電源(2)，其特征在于還有集成電路控制單元(3)和微芯片(4)，交流信號(hào)電源(2)通過(guò)電纜線與集成電路控制單元(3)的電源接頭(5)連接，微芯片(4)通過(guò)其管腳與集成電路控制單元的芯片接口(7)連接，集成電路控制單元(3)通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(1)相連，交流信號(hào)電源(2)為可調(diào)式交流信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)電源線與220V市電連接，其輸出信號(hào)電壓范圍為0～10V，頻率范圍為100Hz～10MHz，由信號(hào)輸出端通過(guò)電纜線與集成電路控制單元(3)的電源接頭(5)連接，集成電路控制單元(3)是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為10～15cm、寬為8～10cm，集成電路控制單元(3)主要包括電源接頭(5)、芯片接口(7)、模擬乘法器(6)、儀表放大器(10)、A/D數(shù)據(jù)采集卡(11)、電容(8)和電阻(9)，電源接頭(5)通過(guò)電纜線與交流信號(hào)電源(2)連接，電容(8)和電阻(9)串聯(lián)后一端接地，另一端與模擬乘法器(6)的輸入端并聯(lián)后，再與芯片接口(7)的輸出端連接，芯片接口(7)通過(guò)微芯片(4)的管腳與微芯片(4)連接，模擬乘法器(6)接受由微芯片(4)傳送的檢測(cè)信號(hào)，并將該信號(hào)調(diào)制成能放大的差分信號(hào)后，傳送給儀表放大器(10)，儀表放大器(10)進(jìn)行鎖相放大后，傳送到A/D數(shù)據(jù)采集卡(11)，A/D數(shù)據(jù)采集卡(11)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，傳送給計(jì)算機(jī)(1)，微芯片(4)由帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)和沉積有細(xì)胞操縱和檢測(cè)單元電極(15、16)的玻璃基片(13)組成，帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)的管道長(zhǎng)度為10mm～15mm，其截面形狀為圓形，其外徑為150～300μm，其管道的一端為兩個(gè)叉支管，在帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)下面，通過(guò)鍵合連接有沉積有玻璃基片(13)，在玻璃基片(13)上分別沉積有細(xì)胞操縱單元電極(15)和阻抗檢測(cè)單元電極(16)，細(xì)胞操縱單元電極(15)為陣列式對(duì)電極，共15～25對(duì)，其材料為鈦金，每一電極的長(zhǎng)度為50～70μm，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30～40μm，長(zhǎng)度為50～70μm，每對(duì)電極的間距為30～50μm，相鄰兩對(duì)電極的間距為20～30μm，阻抗檢測(cè)單元電極(16)為叉指式陣列電極，共25～50對(duì)，其材料為鈦金，每個(gè)電極的長(zhǎng)度為70～90μm，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30μm～50μm，長(zhǎng)度為50μm～70μm，相鄰電極間間距為30～50μm，微芯片(4)的寬度為14mm～50mm、長(zhǎng)度為25mm～50mm，本發(fā)明的微芯片中所述的帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)的管道的截面形狀，除所述的圓形外，還有正方形或長(zhǎng)方形，所述的玻璃基片(13)兩端的細(xì)胞操縱電極(15)和阻抗檢測(cè)電極(16)的截面形狀，除所述的長(zhǎng)方形外，還有正方形或圓形。
2. 按照權(quán)利要求1所述的集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于集成電路控制單元(3)是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為13cm、寬為9cm，帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)管道長(zhǎng)度為12mm，其截面積為圓長(zhǎng)方形，其外徑為200ym，操縱單元電極(15)為陣列式鈦金微對(duì)電極，共20對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為60 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為35 ii m，長(zhǎng)度為60 y m，每對(duì)電極的間距為40 y m，相鄰兩對(duì)電極的間距為25ym，阻抗檢測(cè)單元電極(16)為叉指式鈦金微陣列電極，共30對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為80 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為40 ii m，長(zhǎng)度為60 y m，相鄰電極間間距為40iim，微芯片(4)的寬度為30mm、長(zhǎng)度為40mm。
3. 按照權(quán)利要求1所述的集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于集成電路控制單元(3)是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為10cm、寬為8cm，帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)管道長(zhǎng)度為10mm，其截面形狀為圓形，其外徑為150iim，操縱單元電極(15)為陣列式鈦金微對(duì)電極，共15對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為50iim，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30 ii m，長(zhǎng)度為50 ii m，每對(duì)電極的間距為30 y m，相鄰兩對(duì)電極的間距為20ym，阻抗檢測(cè)單元電極(16)為叉指式鈦金微陣列電極，共25對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為70 ii m，電極截面形狀為長(zhǎng)方形，其寬度為30 ii m，長(zhǎng)度為50 y m，相鄰電極間間距為30iim，微芯片(4)的寬度為14mm、長(zhǎng)度為25mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于集成電路控制單元(3)是外電路控制單元，為集成化的微型控制電路板，其電路板的長(zhǎng)為15cm、寬為10cm，帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片(14)管道長(zhǎng)度為10mm，其截面積為長(zhǎng)方形，寬度為150iim，高度為30iim，操縱單元電極(15)為陣列式鈦金微對(duì)電極，共25對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為70 ii m，電極截面形狀為正方形，邊長(zhǎng)為40 ii m，每對(duì)電極的間距為40 y m，相鄰兩對(duì)電極的間距為25ym，阻抗檢測(cè)單元電極(16)為叉指式鈦金微陣列電極，共50對(duì)，每一電極的長(zhǎng)度為90iim，電極截面形狀為正方形，其邊長(zhǎng)為40iim，相鄰電極間間距為40iim，微芯片(4)的寬度為40mm、長(zhǎng)度為50mm。
全文摘要
一種集成細(xì)胞操縱和檢測(cè)的微流控芯片，涉及早期疾病診斷中細(xì)胞的操縱和檢測(cè)裝置。本發(fā)明主要包括交流信號(hào)電、源微芯片、集成電路控制單元和計(jì)算機(jī)。特征是微芯片由帶有管道的聚二甲基硅氧烷蓋片和沉積有細(xì)胞操縱單元電極和阻抗檢測(cè)單元電極的玻璃基片鍵合而成，集成電路控制單元為外電路控制單元，是集成化的微型控制電路板。本發(fā)明具有檢測(cè)靈敏度高、穩(wěn)定性好，操縱靈活方便，系統(tǒng)微型化、便攜性好等特點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于細(xì)胞的分析檢測(cè)和疾病的早期診斷，特別適用于癌細(xì)胞的捕獲與檢測(cè)和早期癌癥的診斷。還可廣泛用于食品安全檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物/基因篩選等。
文檔編號(hào)G01N27/07GK101738418SQ201010042100
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者劉海濤, 吳永杰, 彭金蘭, 徐溢, 曹強(qiáng), 溫志渝 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)