一种微阵列芯片的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种微阵列芯片的制备方法，包括选取目标芯片、选取辅助芯片、芯片对接以及芯片分离等步骤，通过操控目标芯片和辅助芯片表面的母液液滴和缓冲液液滴融合后分裂，从而改变对应的液滴中的组分，得到的目标芯片即为所述微阵列芯片，所述微阵列芯片的亲水区域吸附有目标液滴，所述目标液滴为多个不同组分的液滴组成的液滴阵列。本发明专利技术还公开了利用该方法制备的微阵列芯片。本发明专利技术可同时操控多个液滴进行融合及分离，从而形成浓度梯度、机械梯度、多组分化学、细胞密度以及各向异性凝胶等液滴微阵列，在生物学分析和凝胶液滴的制备方面有着广阔前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微阵列芯片的制备方法及其产品
本专利技术属于微流体芯片
，更具体地，涉及一种微阵列芯片的制备方法及其产品。
技术介绍
近年来，微流体系统在化学工程、生物工程以及转化医学等领域产生重大影响。这种微流体系统结合材料科学，化学工程，微机电加工等技术可以对样品进行进样、预处理、加样、取样、反应、检测等一系列的操作。通过建立大规模集成的操作系统，使得分析、筛选通量更高，更为简单有效。因其是在微米尺度的操作，同时还能节约样品成本，提高每一单元实验的准确度。微流体系统的发展，带来的将是筛选和检测成本的大幅下降和效率的提高。因为发展微流体系统有极其巨大的经济价值，尤其是在药物筛选，转化医学等高精尖成本巨大的行业之中。人体组织细胞生长于复杂的三维微环境，细胞之间的相互作用以及细胞与胞外环境(物理微环境，化学微环境，胞外基质材料)的相互作用不但调控着细胞的分化和稳态，还影响着细胞的微生理事件。研究表明，细胞的三维微环境与癌症，纤维化疾病和自身免疫疾病等机体病症有着密不可分的联系。而传统的二维组织模型无法在体外重建体内的复杂多因素三维细胞微环境。体外重建三维细胞微环境将大大加快包括细胞相互作用、干细胞分化在内的多个基础研究领域，从而加速个体化医疗的发展。研究者们基于不同的技术手段实现了三维细胞微环境的构建，其中包括光刻，微机器人组装，微流控组装，电稳态组装，超声组装和磁力组装。这些方法可以空间异质地组装多细胞组分、多化学组分以及多物理组分。如CN201110347232公开了一种微流控浓度梯度液滴生成芯片及生成装置，在基片上加工生成了一条样品分散通道、多条试剂通道、多条不互溶相通道、一条液滴反应和检测通道，通过泵驱动液流，完成液滴的分散和浓度梯度的生成。但是这些方法因而其成本相对较大、操作较为繁琐，并没有高通量、高效率地组装复杂三维微环境，难以真正应用于工业程度的高通量筛选。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种微阵列芯片的制备方法与产品，其目的在于通过基础芯片表面的亲水区域吸附液滴，并控制不同组分的液滴进行融合与分离，从而改变液滴的成分，进一步高效率地组装形成具有复杂三维微环境的微阵列芯片。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种制备微阵列芯片的方法，包括以下步骤：(1)选取目标芯片：所述目标芯片表面具有多个亲水区域，每个所述亲水区域吸附有一个缓冲液液滴；(2)选取辅助芯片：所述辅助芯片表面在所述步骤(1)中的目标芯片每个亲水区域的对应位置，具有数量相同或数量不等的一个或多个亲水区域，每个所述亲水区域吸附有一个母液液滴；(3)芯片对接：将所述目标芯片的表面与所述辅助芯片的表面相对贴近，使得目标芯片的亲水区域吸附的缓冲液液滴，与辅助芯片对应位置的亲水区域吸附的母液液滴融合；(4)芯片分离：待缓冲液液滴和母液液滴融合5秒以上，使得对应的缓冲液液滴和母液液滴中的组分由于扩散而趋向一致或者完全达到一致，将辅助芯片移去，得到的目标芯片即为所述微阵列芯片，所述微阵列芯片的每个亲水区域吸附有一个目标液滴，所述目标液滴为所述缓冲液液滴与所述母液液滴融合后分离而获得，所述目标液滴的体积与原来对应的缓冲液液滴的体积相同，其成分由于和母液液滴融合而发生了改变，所述改变为含有组分的改变或者组分浓度的改变。其中，所述缓冲液液滴和母液液滴为水、溶液或者悬浊液，且所述缓冲液液滴和母液液滴分别在所述目标芯片和辅助芯片表面投影的形状与对应的亲水区域的形状相同，体积与亲水区域的面积正相关。优选地，所述目标芯片的亲水区域的面积相同，此时所述目标液滴的体积也相同，则更方便在同一因素下进行药物或细胞的研究。作为进一步优选地，所述缓冲液液滴具有相同的浓度。优选地，所述辅助芯片表面在所述步骤(1)中的目标芯片每个亲水区域的对应位置，都具有N个亲水区域，其吸附的母液液滴分别为第一液滴、第二液滴至第N液滴，所有第i液滴的组分分别相同，而第一液滴至第N液滴的组分不完全相同；其中，N为大于等于2的整数，i为1～N的任意整数，则所述目标液滴为跟第一液滴至第N液滴融合后分离获得，其中含有第一液滴至第N液滴的组分。优选地，所述步骤(2)中的辅助芯片为多个辅助芯片，在所述步骤(3)和步骤(4)中，所述多个辅助芯片依次与目标芯片对接后分离，可以将多个辅助芯片的母液融合于目标液滴中。作为进一步优选地，所述多个辅助芯片为行辅助芯片和列辅助芯片，所述多个辅助芯片表面在所述步骤(1)中的目标芯片每个亲水区域的对应位置，具有一个亲水区域，所述目标芯片与所述多个辅助芯片的亲水区域排列为相同的矩形阵列；在所述矩形阵列中，所述目标芯片的亲水区域的面积相同，所述行辅助芯片表面位于同一行的亲水区域的面积不同，位于同一列的亲水区域的面积相同，所述列辅助芯片表面位于同一行的亲水区域的面积不同，位于同一列的亲水区域的面积相同。作为进一步优选地，所述行辅助芯片的缓冲液液滴与母液液滴具有浓度不同的第一组分，所述列辅助芯片的缓冲液液滴与母液液滴具有浓度不同的第二组分，可以使得形成的目标液滴在同一行上具有浓度不同的第一组分，浓度相同的第二组分，在同一列上具有浓度相同的第一组分，浓度不同的第二组分。优选地，所述母液液滴和/或缓冲液液滴中含有凝胶因子，则所述目标液滴中也含有凝胶液滴，在所有步骤之后，还包括步骤(5)：将所述步骤(4)中的的目标液滴固化，固化后的目标液滴为凝胶液滴，该凝胶液滴形成了一个相对封闭的内环境，以减少环境因素对微阵列芯片表面液滴的影响。作为进一步优选地，在所述步骤(4)中，待缓冲液液滴和母液液滴融合5秒至15分钟，使得对应的缓冲液液滴和母液液滴中的组分由于扩散而趋向一致但并未达到完全一致时，即将辅助芯片移去，并立刻进入步骤(5)，使得固化的目标液滴在不同方向有着不同组分。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种用上述方法制备的微阵列芯片。优选地，所述微阵列芯片表面具有多个独立的亲水区域，且每个所述亲水区域吸附有一个目标液滴，所述目标液滴在微阵列芯片表面投影的形状与所述亲水区域的形状相同，所述目标液滴的体积与所述亲水区域的面积正相关。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于上述制备方法的基础芯片，包括衬底以及衬底表面的多个独立的亲水区域，所述多个独立的亲水区域由疏水区域相分隔，且每个独立的亲水区域用于吸附一个液滴。该基础芯片既可以用作目标芯片，也可以用作辅助芯片。上述基础芯片的制备方法如下：(1)根据所需疏水区域与亲水区域的形貌，设计并制备出PDMS(聚二甲基硅氧烷)印章，所述PDMS印章包括凸起部与凹陷部，所述凸起部的形貌对应疏水区域，所述凹陷部的形貌对应亲水区域；(2)将PDMS印章与衬底用等离子体处理；其中，所述衬底表面光滑且带有亲水基团；所述亲水基团为羟基、羧酸基、磺酸基、磷酸基、氨基、季铵基等；在常规实验过程中，玻璃基片、表面带有二氧化硅氧化层的硅片以及石英片优选作为衬底使用；其中，等离子体所用的气体为惰性气体、空气、含氧气体(如O2、CO和CO2)、或者含氮气体(如N2、HN3、NO2和NO)；(3)将所述PDMS印章的凸起部与所述衬底表面键合后剥离，使得该衬底表面与所述凸起部键合的区域残留一层纳米级的PDMS薄膜，从而转换为疏水区域，所述衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微阵列芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取目标芯片：所述目标芯片表面具有多个亲水区域，每个所述亲水区域吸附有一个缓冲液液滴；(2)选取辅助芯片：所述辅助芯片表面在所述步骤(1)中的目标芯片每个亲水区域的对应位置，具有一个或多个亲水区域，每个所述亲水区域吸附有一个母液液滴；(3)芯片对接：将所述目标芯片的表面与所述辅助芯片的表面相对贴近，使得目标芯片的亲水区域吸附的缓冲液液滴，与辅助芯片对应位置的亲水区域吸附的母液液滴融合；(4)芯片分离：待缓冲液液滴和母液液滴融合5秒以上，将辅助芯片移去，得到的目标芯片即为所述微阵列芯片，所述微阵列芯片的每个亲水区域吸附有一个目标液滴。

【技术特征摘要】
1.一种微阵列芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取目标芯片：所述目标芯片表面具有多个亲水区域，滴加缓冲液液滴，使缓冲液液滴自动吸附于亲水区域，使得每个所述亲水区域吸附有一个缓冲液液滴；(2)选取辅助芯片：所述辅助芯片表面在所述步骤(1)中的目标芯片每个亲水区域的对应位置，具有一个或多个亲水区域，滴加母液液滴，使母液液滴自动吸附于亲水区域，使得每个所述亲水区域吸附有一个母液液滴；所述缓冲液液滴和母液液滴分别在所述目标芯片和辅助芯片表面投影的形状与对应的亲水区域的形状相同，体积与亲水区域的面积正相关；(3)芯片对接：将所述目标芯片的表面与所述辅助芯片的表面相对贴近，使得目标芯片的亲水区域吸附的缓冲液液滴，与辅助芯片对应位置的亲水区域吸附的母液液滴融合；(4)芯片分离：待缓冲液液滴和母液液滴融合5秒以上，将辅助芯片移去，得到的目标芯片即为所述微阵列芯片，所述微阵列芯片的每个亲水区域吸附有一个目标液滴。2.如权利要求1所述的微阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述目标芯片的亲水区域的面积相同。3.如权利要求1所述的微阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述辅助芯片表面在所述步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘笔锋，李一伟，陈璞，王亚超，冯晓均，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42