微流控生物晶片的製作方法

2023-05-29 16:39:01

專利名稱：微流控生物晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療檢查儀器領域，特別是涉及一種微流控生物晶片。
背景技術：
現代男性不孕不育的程度大幅上升，已經到了一種前所未有的地步。由於心理、工 作、環境等各種因素，影響男性的生殖系統，尤其是嚴重損害生精細胞，導致精子數量和質量下降更甚者可造成不孕不育。精液檢查是評價男性生育力的重要指標，是不育症的必查項目。檢查內容包括色、量、液化時間、酸鹼度、精子計數、活力、存活率及形態等，其中精子活力檢測是不可或缺的檢測手段之一。目前應用於精子體外分選的方法有上遊法、密度梯度離心法、王氏管法、流式細胞術、玻璃纖維過濾法、泳動沉澱法等。但上述方法均存在不同程度的缺點，如上遊法在處理過程中會丟失較多的精子量；密度梯度離心法產生較多的死精子及異物；王氏管法採用王氏管系統且費用較高；流式細胞術分離過程中損傷精子細胞膜降低精子質量且裝置價格較高；玻璃纖維過濾法存在精子被破壞及玻璃纖維破碎的潛在可能；泳動沉澱法操作過程複雜且需要特殊的設備。如何解決上述問題，成為亟待解決的難題。自20世紀90年代初Manz等提出微全分析概念以來，微流控晶片技術得到了廣泛的應用，如免疫檢測、蛋白組分離、細胞分析等。微流控生物晶片在疾病診斷方面表現出的巨大的應用潛力，是精子細胞評價及篩選的新的理想平臺。一般的，利用微流體分離晶片進行精子細胞篩選的方法，利用層流原理，即流體在管內流動時，其質點彼此互不混雜且沿著與管軸平行的方向呈有條不紊的線狀形態流動。不同的流體在微納尺寸的管道中，在一定條件下互不相溶而保持層流狀態。高活性精子可以從原流體中穿越層流界面遊動到另一個流體中，而活動力弱和死的精子細胞、白細胞、上皮細胞以及其他雜質則會順著原流體方向繼續流動，從而實現高活性精子的篩選。這種方法雖然能實現活性精子的分離，但不能對不同速度區段的精子分別捕獲及篩選。

實用新型內容基於此，有必要提供一種能夠實現對不同速度區段的精子分別捕獲及篩選的微流控生物晶片。一種微流控生物晶片，包括基片以及設置在所述基片上的處理液池、連接通道、篩離收集池以及至少二個分析裝置；所述分析裝置包括樣本池、樣本通道、處理液通道、公共通道、篩離通道、篩選通道以及篩選收集池，所述樣本池和所述樣本通道連通，所述篩選收集池和所述篩選通道連通，所述樣本通道和所述處理液通道同時與所述公共通道的一端連通，所述篩離通道和所述篩選通道同時與所述公共通道的另一端連通；所述處理液池通過所述連接通道和所述處理液通道連通，所述篩離通道和所述篩離收集池連通。[0010]在一個實施例中，每條所述處理液通道的橫截面積各不同。[0011]在一個實施例中，所述處理液池為一個。在一個實施例中，所述篩離收集池為一個。在一個實施例中，每個所述分析裝置包括二個樣本池、二條樣本通道、一條處理液通道、二條篩離通道和一條篩選通道。在一個實施例中，所述樣本通道的寬度為50μπΓ500μηι,所述篩離通道的寬度為50μπΓ500μηι,所述處理液通道的寬度為50 μ πΓ500 μ m,所述篩選通道的寬度為50 μ m 500 μ m。在一個實施例中，所述樣本通道和所述處理液通道的寬度的比例為I: f 1:50。在一個實施例中，所述公共通道的寬度為50 μ πΓ ΟΟΟ μ m,長度為1000 μ m 50000 μ m。在一個實施例中，所述連接通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ，所述樣本通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m，所述處理液通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m，所述公共通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ,所述篩離通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m,所述篩選通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m。在一個實施例中，所述分析裝置為圓盤式分布或者平行式分布。精液進樣到樣本池，處理液進樣到處理液池後，處理液從處理液池流出，經連接通道分配到若干個處理液通道，精液從樣本池流入樣本通道，設置不同樣本通道或者處理液通道的不同流速後，精液和處理液以各自的流速分別經樣本通道和處理液通道流向公共通道，利用層流原理，活動力弱和死的精子順著精液流動方向經篩離通道流入篩離收集池，精液中的高質量活性精子則穿越層流界面，進入處理液層，經篩選通道流入篩選收集池，這樣實現對不同速度區段的精子分別捕獲及篩選。

圖I為一實施方式的微流控生物晶片結構示意圖；圖2為另一實施方式的微流控生物晶片結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示的一實施方式的微流控生物晶片，包括基片10以及設置在基片10上的處理液池110、連接通道120、篩離收集池140以及分析裝置。分析裝置可以為二個、三個或更多個，具體在本實施方式中，分析裝置為四個。每個分析裝置包括樣本池131、樣本通道132、處理液通道133、公共通道134、篩離通道135、篩選通道136以及篩選收集池137。樣本池131和樣本通道132連通，處理液池110通過連接通道120和處理液通道133連通，樣本通道132和處理液通道133同時與公共通道134的一端連通，篩離通道135和篩選通道136同時與公共通道134的另一端連通。篩選通道136和篩選收集池137連通。篩離通道135和篩離收集池140連通。微流控生物晶片的通道做適當的預處理之後，精液進樣到樣本池131，處理液進樣到處理液池110。精液從樣本池131經樣本通道132流入公共通道134。處理液從處理液池110流出，經連接通道120分配到若干個分析裝置的處理液通道133。可以通過改變靜壓力，或改變橫截面積，在不同分析裝置中，從樣本池流出的精液分別設置不同的流速。精液和處理液以各自的流速分別經樣本通道132和處理液通道133流向公共通道134。設置不同的流速時，進樣方式不限於靜壓力，還有很多進樣方式，如注射泵。利用層流原理，精液和處理液在公共通道134內形成穩定的上中下介質流。上層和下層精液中的高質量活性精子具有積極的動能能夠穿越層流界面，向中層處理液層運動，經篩選通道136流入篩選收集池137。而活動力弱和死的精子細胞、白細胞、上皮細胞以及其他雜質則會順著精液流動的方向流動，經篩離通道135流入篩離收集池140。從而實現高活性精子的篩選，同時實現對不同速度區段的精子分別捕獲及篩選。分別吸取篩選收集池137中的收集液，藉助顯微鏡或計算機輔助精子分析軟體等分析手段對收集液中的精子進行活力分析、形態分析以及功能評價。在本實施方式中，每條處理液通道的橫截面積不同，在其它實施方式中，每條處理液通道的橫截面積可以相同。從處理液池流出的處理液，經連接通道流入處理液通道。當每·條處理液通道的橫截面積不同時，從連接通道進入處理液通道的處理液的流速也不相同，從而得到不同的速度區段。本實施方式中，每個分析裝置包括二個樣本池131、二條樣本通道132、一條處理液通道133、一條篩選通道136、二條篩離通道135和一個篩選收集池137。二條樣本通道132位於處理液通道133的兩側，二條樣本通道132和一條處理液通道133同時與公共通道134的一端連通，二條篩離通道135和一條篩選通道136同時與公共通道134的另一端連通。在其它實施方式中，分析裝置也可以僅設置一條樣本通道132和一條處理液通道133，或者設置一條樣本通道132和二條處理液通道133。本實施方式中，四個分析裝置採用圓盤式分布。在其它的實施方式中，如果連接通道120是以二倍關係逐級遞增，從而分析裝置也為2n個。根據實際需要選擇分析裝置的數量，從而實現不同速度區段的高活性精子的分別捕獲、篩選以及評價。樣本通道132的寬度為50 μ πΓ500 μ m,篩離通道135的寬度為50 μ πΓ500 μ m。處理液通道133的寬度為50 μ πΓ500 μ m,篩選通道136的寬度為50 μ πΓ500 μ m。樣本通道132和處理液通道133的寬度比例為I :廣1:50。公共通道134寬度為50μπΓ 000μπι，長度為1000 μ πΓ50000 μ m。微流控生物晶片的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ 。在實際應用中，可以根據需要調整樣本通道132與處理液通道133寬度以及二者的比例、樣本流速以及處理液流速以及二者的比例、公共通道134高度以及長度等條件製備出符合要求的用於精子分級篩選的微流控生物晶片。處理液池110為一個，處理液由處理液池110經連接通道120平均分配到各個分析裝置的處理液通道133，實現處理液池110個數最少化。在其它實施方式中，處理液池110的數量可以根據實際需要設定。本實施方式中，篩離收集池140為一個，流經各個分析裝置的篩離通道135的流體都匯聚到篩離收集池140，實現篩離收集池140個數最少化。在其它實施方式中，篩離收集池140的數量可以根據實際需要設定。[0036]微流控生物晶片可以由石英、玻璃、單晶矽、高分子聚合材料如聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基矽氧烷、聚碳酸酯等適合精子細胞分析的材料製作。微流控生物晶片的各通道內表面可以經特定方式改性，或者將微流控生物晶片材料改性，或者在流體中加入適宜的添加劑，可以減輕或避免微流控生物晶片各通道表面對精子吸附。在進行精子分級篩選操作中，可採用流體靜壓力進樣、毛細作用進樣、注射泵進樣、電動進樣、正向壓力驅動進樣、負壓進樣、電滲進樣等適合精子進樣的方式。微流控生物晶片具有結構簡單、體積小、操作容易、精子質量損傷較小、可一次使用、成本低等優點，適合醫院、社區診所和個人家庭等使用。可用於分級篩選男性精子，早期診斷男性不孕不育症，也適用於畜牧養殖業中的動物精子的分級篩選。如圖2所示的另一實施方式的微流控生物晶片，包括基片20以及設置在基片20·上的處理液池210、連接通道220、篩離收集池240以及四個分析裝置230。該微流控生物晶片與圖I所示的微流控生物晶片基本相同，區別點僅在於四個分析裝置230採用平行式分布。在其它實施方式中，分析裝置230還可以採用其他滿足高通量分析的排列方式。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種微流控生物晶片，其特徵在於，包括基片以及設置在所述基片上的處理液池、連接通道、篩離收集池以及至少二個分析裝置； 所述分析裝置包括樣本池、樣本通道、處理液通道、公共通道、篩離通道、篩選通道以及篩選收集池，所述樣本池和所述樣本通道連通，所述篩選收集池和所述篩選通道連通，所述樣本通道和所述處理液通道同時與所述公共通道的一端連通，所述篩離通道和所述篩選通道同時與所述公共通道的另一端連通； 所述處理液池通過所述連接通道和所述處理液通道連通，所述篩離通道和所述篩離收集池連通。
2.根據權利要求I所述的微流控生物晶片，其特徵在於，每條所述處理液通道的橫截面積不同。
3.根據權利要求I所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述處理液池為一個。
4.根據權利要求I所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述篩離收集池為一個。
5.根據權利要求I所述的微流控生物晶片，其特徵在於，每個所述分析裝置包括二個樣本池、二條樣本通道、一條處理液通道、二條篩離通道和一條篩選通道。
6.根據權利要求I飛中任意一項所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述樣本通道的寬度為50 μ πΓ500 μ m,所述篩離通道的寬度為50 μ πΓ500 μ m,所述處理液通道的寬度為50 μ πΓ500 μ m,所述篩選通道的寬度為50 μ πΓ500 μ m。
7.根據權利要求I飛中任意一項所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述樣本通道和所述處理液通道的寬度的比例為I :廣1:50。
8.根據權利要求I飛中任意一項所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述公共通道的寬度為 50 μ πΓ ΟΟΟ μ m,長度為 1000 μ m 50000 μ m。
9.根據權利要求1飛中任意一項所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述樣本通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ，所述處理液通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ，所述公共通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ，所述篩離通道的高度為ΙΟμπΓ ΟΟΟμπ ，所述篩選通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m,所述連接通道的高度為10 μ πΓ ΟΟΟ μ m。
10.根據權利要求1飛中任意一項所述的微流控生物晶片，其特徵在於，所述分析裝置為圓盤式分布或者平行式分布。
專利摘要一種微流控生物晶片，包括基片以及設置在基片上的處理液池、連接通道、篩離收集池以及至少二個分析裝置；分析裝置包括樣本池、樣本通道、處理液通道、公共通道、篩離通道、篩選通道以及篩選收集池，樣本池和樣本通道連通，篩選收集池和篩選通道連通，樣本通道和處理液通道同時與公共通道的一端連通，篩離通道和篩選通道同時與公共通道的另一端連通；處理液池通過所述連接通道和處理液通道連通，篩離通道和篩離收集池連通。設置不同樣本通道或者處理液通道的不同流速後，精液和處理液以各自的流速分別經樣本通道和處理液通道流向公共通道，利用層流原理，實現對不同速度區段的精子分別捕獲及篩選。
文檔編號C12M1/00GK202786219SQ20122039369
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者遊璠, 李芳芳, 王小英, 黃石 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院, 深圳中科強華科技有限公司