一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置制造方法及图纸

一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，包括微流控芯片，微流控芯片的上方设有高速相机和显微镜，微流控芯片信号输入通过功率放大器和信号发生器的输出连接，由信号发生器产生电信号，电信号通过功率放大器放大并传输到微流控芯片上，实现表面声波的产生与控制；所述的流道内悬浮有液滴，液滴内包裹有细胞，在裂解完成后，液滴内包裹有核酸；本发明专利技术使用表面声波微流控器件实现微流道内温度的控制，进一步实现细胞的快速有效裂解，具有设备尺寸小、操作简单、所需洁净空间小等优点；同时具有对各种药物或试剂兼容性高、对实验环境和人员要求低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置
本专利技术属于微流控芯片
，具体涉及一种利用表面声波(surfaceacousticwave,SAW)声热效应进行细胞热裂解的装置。
技术介绍
细胞裂解是生物医学实验中进行核酸检测、细胞器研究等的重要手段，随着微流控芯片技术的不断发展，使用微流控芯片为细胞裂解提供简单快捷实用的裂解方式逐渐成为可能。目前，细胞裂解主要通过化学或物理方法实现。化学裂解是利用裂解缓冲液或生物酶溶解细胞膜中的脂质和蛋白质，尽管实施起来很简单，但剩余的化学试剂将影响随后的提取和扩增。物理裂解是通过一些物理作用，包括电穿孔、激光和机械破坏，来撕裂或刺穿细胞膜，它对细胞成分的危害较小，但通常需要复杂的系统。相比之下，表面声波热裂解是一种可以通过简单的电信号控制的非接触细胞处理方法，从而为细胞的高质量裂解提供了良好的条件，且具有较高的溶出效率和溶出率。但是在已有的研究中，表面声波细胞裂解是利用表面声波的液流驱动能力加速流体介质流动，使得细胞不断与流道内的微柱、微球等结构碰撞实现细胞裂解，并不涉及表面声波热效应。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，使用表面声波微流控器件实现微流道内温度的控制，进一步实现细胞的快速有效裂解。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，包括微流控芯片1，微流控芯片1的上方设有高速相机2和显微镜3，微流控芯片1信号输入通过功率放大器5和信号发生器4的输出连接，由信号发生器4产生电信号，电信号通过功率放大器5放大并传输到微流控芯片1上，实现表面声波的产生与控制。所述的微流控芯片1包括压电基底1-1，压电基底1-1上制作有叉指换能器1-2和流道1-3，由叉指换能器1-2产生表面声波，表面声波在进入流道1-3后产生热效应加热流体介质，并进行裂解；所述的流道1-3内悬浮有液滴1-4，液滴1-4内包裹有细胞1-5，在裂解完成后，液滴1-4内包裹有核酸1-6；液滴1-4界面内外为互不相溶的生物兼容性流体介质，液滴1-4内为适合细胞生存的生理水环境，细胞1-5在液滴1-4内被加热并裂解，释放出遗传物质核酸1-6并被继续包裹在液滴1-4内。所述的压电基底1-1为128°Y方向切割铌酸锂，叉指换能器1-2为溅射在压电基底1-1上的平面图案化导电金属层，流道1-3为键合在压电基底1-1上的PDMS微流道。所述的叉指换能器1-2的指间距1-2-1和指宽1-2-2决定了表面声波1-7的频率，流道1-3的流道宽度1-3-1和流道高度1-3-2影响表面声波1-7在流道1-3内的传播，以及波节1-7-1和波腹1-7-2的位置；流道1-3距离叉指换能器1-2的流道-电极距离1-3-3同样影响波节1-7-1和波腹1-7-2的位置，并进一步影响液滴1-4和细胞1-5在流道1-3内的分布。包裹有细胞1-5的液滴1-4由T形流道1-3-4生成，悬浮有细胞1-5的离散相液体1-3-5在进入流道1-3内后形成液滴1-4。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用叉指换能器1-2产生表面声波1-7加热流道1-3内的流体介质，可实现细胞1-5裂解。相比于使用细胞裂解液等的化学方法，本专利技术方法没有化学试剂残留。相比于使用微球碰撞等方法，本专利技术方法也不需要再进行微球筛选和分离。本专利技术采用将细胞1-5在液滴1-4内进行裂解，可实现细胞1-5在独立微环境内进行裂解操作，便于之后对不同样本的分类筛选和检测，这种低损伤无残留的液滴内细胞裂解是其他细胞裂解方法所很难实现的：使用微柱碰撞或流体剪切力进行细胞破坏的方法无法对液滴内细胞进行裂解，无法为细胞和释放出的遗传物质提供独立的微环境；使用细胞裂解液和微球碰撞进行细胞破坏的方法虽然适配于液滴内细胞裂解，但是会有化学药剂和微球的残留。本专利技术方法适用于绝大多数细胞，对遗传物质伤害较小，便于下一步的遗传物质检测工作。本专利技术采用高速相机2和显微镜3实时观测实验现象，由信号发生器4产生电信号，通过功率放大器5放大并传输到微流控芯片1上，来实现表面声波1-7的产生与控制，使得整体实验过程可实时监测并且可以实时控制。由于本专利技术采用微流控芯片1，所以具有设备尺寸小、操作简单、所需洁净空间小等优点；同时具有对各种药物或试剂兼容性高、对实验环境和人员要求低等优点。附图说明图1为本专利技术实施例的实验平台示意图。图2为本专利技术所用的声热微流控芯片热裂解示意图，为俯视图角度。图3为本专利技术所涉及的声波作用机理示意图，为主视图角度。图4为本专利技术所涉及的包裹有细胞的液滴生成示意图，为俯视图角度。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细描述。参照图1，一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，包括微流控芯片1，微流控芯片1的上方设有高速相机2和显微镜3，微流控芯片1中产生的实验现象由高速相机2和显微镜3录制；微流控芯片1信号输入通过功率放大器5和信号发生器4的输出连接，由信号发生器4产生电信号，电信号通过功率放大器5放大并传输到微流控芯片1上，实现表面声波的产生与控制。参照图2，所述的微流控芯片1包括压电基底1-1，压电基底1-1上制作有叉指换能器1-2和流道1-3，由叉指换能器1-2产生表面声波，表面声波在进入流道1-3后产生热效应加热流体介质，并进行裂解。所述的压电基底1-1为128°Y方向切割铌酸锂，叉指换能器1-2为溅射在压电基底1-1上的平面图案化导电金属层，流道1-3为键合在压电基底1-1上的PDMS微流道。参照图2，所述的流道1-3内悬浮有液滴1-4，液滴1-4内包裹有细胞1-5，在裂解完成后，液滴1-4内包裹有核酸1-6；液滴1-4界面内外为互不相溶的生物兼容性流体介质，液滴1-4内为适合细胞生存的生理水环境，细胞1-5在液滴1-4内被加热并裂解，释放出遗传物质核酸1-6并被继续包裹在液滴1-4内。参照图3，所述的叉指换能器1-2的指间距1-2-1和指宽1-2-2决定了表面声波1-7的频率，流道1-3的流道宽度1-3-1和流道高度1-3-2影响表面声波1-7在流道1-3内的传播，以及波节1-7-1和波腹1-7-2的位置；流道1-3距离叉指换能器1-2的流道-电极距离1-3-3同样影响波节1-7-1和波腹1-7-2的位置，并进一步影响液滴1-4和细胞1-5在流道1-3内的分布。参照图4，包裹有细胞1-5的液滴1-4由T形流道1-3-4生成，悬浮有细胞1-5的离散相液体1-3-5在进入流道1-3内后形成液滴1-4。本专利技术的工作原理为：器件的额定输入频率为振幅最大相应频率。经测量表明，流道1-3的温度随外加电压的平方变化，与外加功率成正比，热效应与表面声波1-7功率呈简单的线性关系。除此以外，引入流体流动带走热量的影响，建立了分析液滴1-4温升的数学模型。对比模型与实验数据，确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，包括微流控芯片(1)，其特征在于：微流控芯片(1)的上方设有高速相机(2)和显微镜(3)，微流控芯片(1)信号输入通过功率放大器(5)和信号发生器(4)的输出连接，由信号发生器(4)产生电信号，电信号通过功率放大器(5)放大并传输到微流控芯片(1)上，实现表面声波的产生与控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，包括微流控芯片(1)，其特征在于：微流控芯片(1)的上方设有高速相机(2)和显微镜(3)，微流控芯片(1)信号输入通过功率放大器(5)和信号发生器(4)的输出连接，由信号发生器(4)产生电信号，电信号通过功率放大器(5)放大并传输到微流控芯片(1)上，实现表面声波的产生与控制。


2.根据权利要求1所述的一种利用表面声波声热效应进行细胞热裂解的装置，其特征在于：所述的微流控芯片(1)包括压电基底(1-1)，压电基底(1-1)上制作有叉指换能器(1-2)和流道(1-3)，由叉指换能器(1-2)产生表面声波，表面声波在进入流道(1-3)后产生热效应加热流体介质，并进行裂解；
所述的流道(1-3)内悬浮有液滴(1-4)，液滴(1-4)内包裹有细胞(1-5)，在裂解完成后，液滴(1-4)内包裹有核酸(1-6)；液滴(1-4)界面内外为互不相溶的生物兼容性流体介质，液滴(1-4)内为适合细胞生存的生理水环境，细胞(1-5)在液滴(1-4)内被加热并裂解，释放出遗传物质核酸(1-6)并被继续包裹在液滴(1-4)内。


3.根据权利要求2所述的一种利用表...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦学勇，秦咸明，金少搏，刘振，任娟，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61