一种样品预处理集成芯片制造技术

本发明专利技术样品预处理集成芯片，包括盖片和至少一层结构片，结构片上有微沟道和至少三个与微沟道相连通的孔，微沟道选自下面至少两种：具有错流分离或错流过滤的微结构的分离沟道，具有固相萃取微结构的纯化沟道，具有至少两条次级沟道汇合而成的混合沟道。具有分离或过滤、混合、纯化等预处理功能，用于血液、尿液等样品的预处理，获得ＤＮＡ、蛋白质、氨基酸等满足后续检测需要的分析样品。其基于错流分离或错流过滤原理进行颗粒或细胞的分离或过滤，基于化学法进行细胞破裂，基于固相萃取原理进行目标分子的提纯。采用微机电系统技术研制出多种样品预处理集成微流控芯片，至少包括上述两种样品预处理功能，具有连续、高效的样品预处理效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控生物芯片
，是一种集成分离或过滤、 混合、纯化等预处理功能的样品预处理芯片，具体来讲，采用错流 分离或错流过滤方式进行分离或过滤，利用微沟道网络的优化设计 进行液体混合，采用固相萃取法进行目标分子的提纯，最后，利用MEMS技术将上述预处理功能至少两种功能集成在微流控芯片上。
技术介绍
随着微机电系统(MEMS)技术与分析科学、计算机科学及生命 科学等的交叉研究，微流控生物芯片已开始向微全分析系统(micro total analysis systems, |/TAS)发展。^TAS是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备，生化反应，传感检测等基本操作单元集成或 基本集成到一块几平方厘米的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其 产物进行分析的一种技术。微全分析系统具有如分析效率高、样品 与试剂消耗少(微升级)、能耗低、集成度高等许多优点，在环境监 测、食品卫生监测、医药卫生检测、药物筛选等领域具有广泛的应 用前景。但是，目前微全分析系统并未实现真正意义上的全分析， 还存在许多问题，比如系统功能单一、集成度较低、微型化程度有 限等，大多数不包括样品前处理功能。样品预处理是指对天然的、成分复杂的、不能直接进行分析检 测的生物样品(如血液、尿液、环境样品等)进行预处理，以实现 对待测物的检测。样品预处理主要是指待测物的分离、纯化、浓縮 等操作，以及待测物样品与试剂的快速混合等，待测物可以是微粒、 细胞、细菌等(如血液中的白细胞、孕妇血液中的胎儿细胞、尿液中的某种细菌)，也可以是蛋白质、DNA、葡萄糖等各种生物分子。已报道的用于细胞/颗粒分离或过滤的芯片技术主要包括微过 滤芯片技术、介电电泳芯片技术、超声波芯片技术、场效应分离芯 片技术和磁珠分离芯片技术等。这些技术各具优缺点，如介电电泳 芯片技术具有不受分离细胞尺寸的限制、易于实现自动化控制和芯 片微型化的优点，但需特殊缓冲液以产生较强的交变电场，强电场 以及特殊缓冲液对细胞有一定破坏作用。超声波芯片技术具有可连 续分离、不易堵塞等优点，但是，超声波发生装置集成化和小型化 困难，而且超声波对细胞也有一定的破坏作用。磁珠分离芯片技术 具有特异性高、准确性好的优点，但磁珠制备复杂，而且控制磁珠 的配套装置微型化、集成化也较困难。微过滤芯片技术具有工作原 理简单、不需要特殊缓冲液、易于集成等优点，但主要采用盲端过 滤方式进行细胞/颗粒分离。盲端过滤(又称死端过滤)由于它的给 水流方向垂直于过滤介质的表面流动，固体被过滤介质截流，逐步 形成滤饼，易造成芯片的堵塞，分离效率较低， 一般只能完成单一颗粒的分离过滤。专利(申请号，200510012106.4)报道了一种错流 过滤芯片，由于它的液体流动方向平行于过滤微结构表面，小尺寸 颗粒/细胞在剪切力作用下通过过滤微结构，大尺寸颗粒/细胞不能通 过过滤结构而处于悬浮状态随着液体向前流动，可大大减少芯片的 堵塞问题，可实现不同尺寸细胞/颗粒的同时分离和收集。已报道的用于待测分子纯化的芯片技术主要包括固相萃取芯片技术、固相可逆固定芯片技术、磁珠纯化芯片技术和液一液萃取芯片技术等。这些技术各具有优缺点，如固相萃取(SPE)芯片技术 具有纯化效率高，分析速度快等优点，难点在于在微米级沟道中固 相载体的制备和固定。固相可逆固定(SPRI)芯片技术具有高的选择 性，但待测分子脱附较困难。此外，SPRI芯片技术同样存在固相载 体制备和固定困难等问题。液-液萃取芯片技术与常规液-液萃取技术相比，具有高选择性、萃取速度快、富集倍率高等优点。但是，目 前用于DNA提纯的液-液萃取试剂大多具有挥发毒性，限制了该芯片技术在核酸纯化领域的应用。总的来说，由于生物样品的复杂性，仅一步样品预处理操作或 一种样品预处理技术往往不能满足后续分析检测的需要。以核酸样品为例，样品预处理包括细胞分离、破胞、脱蛋白、提取DNA等多步工作。目前的样品前处理芯片功能单一、预处理水平不高、集成 度较低，大多数不能直接用于后续的生化反应及分析检测。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术的目的在于制备一种集成两 种及两种以上样品预处理功能的微流控芯片，实现原始样品的分离 或过滤，混合，提纯等样品预处理操作，样品预处理产物可直接用 于后续的生化反应或分析检测。为达到上述目的，本专利技术设计的多层芯片结构将实现不同样品预处理功能的微结构集成到叠层结构中以提供一种基于MEMS技术 的样品预处理集成芯片，包括 一层盖片和至少一层结构片，结构片上具有微沟道和至少三个与微沟道相连通的孔，所述微沟道选自下面至少两种具有错流分离或错流过滤的微结构的分离沟道，具有 固相萃取微结构的纯化沟道，具有至少两条次级沟道汇合而成的混 合沟道。结构片可以是一片也可以是几片，结构片是硅片、玻璃片 或聚合物片中的一种或几种。微沟道可在同一结构片上，也可在不 同结构片上通过相应的孔相连通。结构片上的孔是盲孔或通孔。盖 片包括至少三个通孔，并与结构片所对应的孔相连通，盖片是玻璃 片、聚合物片(例如聚甲基丙烯酸甲酯片)或玻璃一聚二甲基硅氧 烷复合盖片。另外，芯片还可包括连接片和基片，连接片是聚二甲 基硅氧烷片，基片是玻璃片、硅片等，其中连接片用于结构片和基 片的封接。所述的结构片具有混合沟道和纯化沟道。所述的结构片具有混 合沟道和纯化沟道，可以实现样品与试剂的混合以及分析物提纯这6两种样品预处理功能。所述的结构片具有分离沟道和纯化沟道，可以实现样品的分离 或过滤以及分析物提纯这两种样品预处理功能。所述的结构片具有分离沟道和混合沟道，可以实现样品的分离 或过滤以及样品与试剂的混合这两种样品预处理功能。所述的结构片具有分离沟道、混合沟道和纯化沟道，可以实现 样品的分离或过滤、样品和试剂的混合与分析物提纯等多种样品预 处理功能。该样品预处理集成芯片中盖片可具有一个或多个储液池， 该盖片具有至少四个通孔，该通孔与结构片所对应的孔相连通。该 样品预处理集成芯片中还包括连接片和基片，连接片是聚二甲基硅 氧垸等，基片是玻璃或硅片等。其中，混合沟道由至少两条次级微沟道汇合而成，汇合后的混 合沟道是直沟道、弯曲沟道、折线沟道或不规则沟道，混合沟道中 具有或不具有微柱、微脊等微结构。其中，纯化沟道具有微柱或多孔硅的固相载体。固相载体可进 行热氧化处理，用于纯化核酸。固相载体也可进行化学修饰，例如 利用固相载体功能团接枝固定抗原用于纯化蛋白质抗体。其中，分离沟道中微结构是微柱阵列或微坝，微结构的排列方 向与沟道轴向平行，或者微结构的排列方向与沟道轴向成不等于90 。的角度，微结构至少为一列，微结构将沟道沿轴向至少分为两条微 通道。微柱阵列的间隙或微坝顶端与沟道顶部间的间隙(即沟道深 度尺寸与微坝高度尺寸的差异)由所需分离细胞或颗粒的尺寸决定， 尺寸大于微结构间隙的细胞或颗粒被分离微结构所阻挡留在原微通 道中，尺寸小于微结构间隙的细胞或颗粒通过分离微结构进入另一 个通道中，不同尺寸的细胞或颗粒在不同的微通道中流动并从不同 的出口流出，实现不同尺寸细胞或颗粒的分离和收集。混合沟道中的微结构是圆形、三角形、方形、长方形或不规则形状。微结构在混合通道的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种样品预处理集成芯片，其特征在于，包括：一层盖片和至少一层结构片，结构片上具有微沟道和至少三个与微沟道相连通的孔，所述微沟道选自下面至少两种：具有错流分离或错流过滤的微结构的分离沟道，具有固相萃取微结构的纯化沟道，具有至少两条次级沟道汇合而成的混合沟道。

【技术特征摘要】
1、一种样品预处理集成芯片，其特征在于，包括一层盖片和至少一层结构片，结构片上具有微沟道和至少三个与微沟道相连通的孔，所述微沟道选自下面至少两种具有错流分离或错流过滤的微结构的分离沟道，具有固相萃取微结构的纯化沟道，具有至少两条次级沟道汇合而成的混合沟道。2、 如权利要求1所述的样品预处理集成芯片，其特征在于 所述的结构片具有混合沟道和纯化沟道。3、 如权利要求1所述的样品预处理集成芯片，其特征在于 所述的结构片具有分离沟道和纯化沟道。4、 如权利要求1所述的样品预处理集成芯片，其特征在于 所述的结构片具有分离沟道和混合沟道。5、 如权利要求1所述的样品预处理集成芯片，其特征在于 所述的结构片具有分离沟道、混合沟道和纯化沟道。6、 如权利要求1或2或4或5所述的样品预处理集成芯片， 其特征在于所述的混合沟道由至少两条次级微沟道汇合而成， 汇合后的混合沟道是直沟道、弯曲沟道、折线沟道或不规则沟道， 混合沟道中具有或不具有微结构。7、 如权利要求1或2或3或5所述的样品预处理集成芯片，其特征在于所述的纯化沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大付，陈兴，刘长春，张璐璐，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]