微流體芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流體芯片設(shè)計(jì)，該微流體芯片設(shè)計(jì)利用層流將粒子或細(xì)胞物質(zhì)分離成各種成分和部分。
【背景技術(shù)】
[0002]1.發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及微流體芯片設(shè)計(jì)，該微流體芯片設(shè)計(jì)利用層流將粒子或細(xì)胞物質(zhì)分離成各種成分和部分。
[0004]2.相關(guān)技術(shù)的描述
[0005]在各種粒子或細(xì)胞物質(zhì)的分離方面(例如將精子分離成有活力的且活動(dòng)的精子與沒有活力的且非活動(dòng)的精子、或按照性別分離)，在嚴(yán)格的體積限制條件下，該處理通常是耗時(shí)的任務(wù)。因此，例如現(xiàn)有分離技術(shù)不能產(chǎn)生所期望的效益，或者以適時(shí)方式處理細(xì)胞物質(zhì)的體積。
[0006]因此，需要連續(xù)的、具有高生產(chǎn)力、提供時(shí)間節(jié)約并對(duì)各種分離的成分引起微不足道或最小的損壞的分離技術(shù)和分離裝置。另外，這種裝置和方法應(yīng)當(dāng)還應(yīng)用到生物領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不僅僅應(yīng)用到精子分類，而且應(yīng)用到血液和其它細(xì)胞物質(zhì)的分離，該其它細(xì)胞物質(zhì)包括病毒、細(xì)胞器官、球狀組織、膠狀懸浮體和其它的生物物質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及一種微流體芯片系統(tǒng)，其包括裝載在微流體芯片盒上的微流體芯片，所述微流體芯片盒安裝在微流體芯片保持器上。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片包括多個(gè)層，多個(gè)通道設(shè)置在所述多個(gè)層中，所述多個(gè)通道包括:樣本輸入通道，具有待分離的成分的樣本流體混合物被輸入到所述樣本輸入通道中；多條第一鞘狀流體通道，鞘狀流體被輸入到所述多條第一鞘狀流體通道中，所述多條第一鞘狀流體通道在第一交叉點(diǎn)處與所述樣本輸入通道交叉，使得所述鞘狀流體在至少兩側(cè)上壓縮所述樣本流體混合物，從而所述樣本流體混合物變成由所述鞘狀流體限制邊界的相對(duì)較小、較窄的液流，同時(shí)在所述樣本輸入通道中維持層流;多條第二鞘狀流體通道，所述多條第二鞘狀流體通道大體上具有與所述多條第一鞘狀流體通道相同的規(guī)格，鞘狀流體被輸入到所述多條第二鞘狀流體通道中，所述多條第二鞘狀流體通道在所述樣本輸入通道的上方和下方大體上90度的第二方向上、在所述第一交叉點(diǎn)的下游的第二交叉點(diǎn)處與所述樣本輸入通道交叉，使得來(lái)自所述多條第二鞘狀流體通道的所述鞘狀流體壓縮所述樣本流體混合物，從而所述樣本流體混合物中的所述成分被壓縮并被取向在預(yù)定的方向上，同時(shí)仍然在所述樣本輸入通道中維持層流；以及多條輸出通道，所述多條輸出通道起源于所述樣本輸入通道，所述多條輸出通道將所述成分和所述鞘狀流體移出所述微流體芯片。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片包括質(zhì)詢裝置，所述質(zhì)詢裝置在質(zhì)詢腔室中質(zhì)詢并識(shí)別在所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物中的所述成分，所述質(zhì)詢腔室設(shè)置在所述第二交叉點(diǎn)的下游。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片包括分離機(jī)構(gòu)，所述分離機(jī)構(gòu)通過(guò)使所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物的液流的軌跡移動(dòng)、并將已移動(dòng)的所述樣本流體混合物的液流中的所選擇的所述成分推入從所述質(zhì)詢腔室引導(dǎo)的所述多條輸出通道中的一條輸出通道中，而在所述質(zhì)詢腔室的下游分離所述樣本流體混合物中所選擇的所述成分。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括至少一個(gè)噴射腔室，所述至少一個(gè)噴射腔室容納通過(guò)至少一個(gè)空氣通風(fēng)口引入到所述噴射腔室中的鞘狀流體；以及至少一條噴射通道，所述至少一條噴射通道連接到所述至少一個(gè)噴射腔室，所述至少一條噴射通道在所述質(zhì)詢腔室處進(jìn)入所述樣本輸入通道。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述分離機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)壓電致動(dòng)器組件，所述至少一個(gè)壓電致動(dòng)器組件設(shè)置在所述樣本輸入通道的至少一側(cè)上。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓電致動(dòng)器組件為外部堆疊的壓電致動(dòng)器組件。
[0014]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括膜片，所述膜片覆蓋每一個(gè)所述噴射腔室;并且其中，所述外部堆疊的壓電致動(dòng)器組件與所述膜片對(duì)準(zhǔn)并使所述膜片移動(dòng)，以將所述噴射腔室中的所述鞘狀流體驅(qū)動(dòng)到所述樣本輸入通道中，以使所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物的所述液流的所述軌跡移動(dòng)到所述多條輸出通道中的一條輸出通道中。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述外部堆疊的壓電致動(dòng)器組件設(shè)置在微流體芯片保持器中。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括連接到所述壓電致動(dòng)器組件的電子電路，所述電子電路放大由來(lái)自與所述膜片接觸的所述壓電致動(dòng)器的阻力所生成的電信號(hào)。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方式中，來(lái)自所述壓電膜的電信號(hào)表明通過(guò)所述外部堆疊的壓電致動(dòng)器組件生成多少應(yīng)變。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)在所述壓電致動(dòng)器與所述膜片之間形成接觸時(shí)，自動(dòng)開啟接觸的指示器。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)進(jìn)行所述接觸的感測(cè)時(shí)，所述電信號(hào)超過(guò)設(shè)定的閾值，并且壓電致動(dòng)器組件壓縮噴射腔室，以將鞘狀流體從噴射腔室噴射到樣本流體通道中。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中，接觸的指示器包括光、聲、觸覺或其任何組合。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓電致動(dòng)器組件包括柔性膜片，所述柔性膜片覆蓋所述噴射腔室；以及壓電材料，所述壓電材料通過(guò)粘接機(jī)構(gòu)黏合在所述膜片的頂表面上。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)在所述壓電致動(dòng)器組件的電極的兩端施加電壓時(shí)，所述柔性膜片彎曲到所述噴射腔室中，并將所述鞘狀流體從所述噴射腔室擠壓到所述樣本輸入通道中，以使所選擇的成分偏轉(zhuǎn)到所述多條輸出通道中的一條輸出通道中。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)所述噴射通道連接到所述樣本輸入通道時(shí)，所述噴射通道成錐形。
[0024]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括設(shè)置在所述多條輸出通道的端部處的多個(gè)輸出口。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多條輸出通道的規(guī)格從所述樣本輸入通道起增大。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括設(shè)置在所述微流體芯片的底邊緣處的、用于隔開所述多個(gè)輸出口的多個(gè)缺口。
[0027]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述樣本輸入通道和所述多條鞘狀通道設(shè)置在所述微流體芯片的一個(gè)或多個(gè)平面中。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述樣本輸入通道和所述多條鞘狀通道設(shè)置在所述微流體芯片的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)層中或設(shè)置在所述微流體芯片的結(jié)構(gòu)層與結(jié)構(gòu)層之間。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多條鞘狀通道中的至少一者設(shè)置在與設(shè)置有所述樣本輸入通道的平面不同的平面中。
[0030]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述多條鞘狀通道中的至少一者設(shè)置在與設(shè)置有所述樣本輸入通道的結(jié)構(gòu)層不同的結(jié)構(gòu)層中。
[0031]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述樣本輸入通道在進(jìn)入與所述多條鞘狀通道的所述第一交叉點(diǎn)中的入口點(diǎn)處成錐形。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述樣本輸入通道成錐形進(jìn)入所述質(zhì)詢腔室中。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，在所述第一交叉點(diǎn)或所述第二交叉點(diǎn)中的至少一者處，所述多條鞘狀流體通道在進(jìn)入所述樣本輸入通道中的入口點(diǎn)處成錐形。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述質(zhì)詢腔室包括穿過(guò)所述微流體芯片中的所述結(jié)構(gòu)層切割的開口；以及頂部窗口被配置成容納在所述結(jié)構(gòu)層中的至少一層中的開口中的第一覆蓋物；以及底部窗口被配置成容納在所述結(jié)構(gòu)層中的至少一層中的開口中的第二覆蓋物。
[0035]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述質(zhì)詢腔室包括穿過(guò)所述微流體芯片中的所述平面切割的開口；以及頂部窗口被配置成容納在所述微流體芯片的所述平面中的至少一個(gè)平面中的開口中的第一覆蓋物；以及底部窗口被配置成容納在所述微流體芯片的所述平面中的至少一個(gè)平面中的開口中的第二覆蓋物。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述質(zhì)詢裝置包括光源，所述光源配置成發(fā)出穿過(guò)第一覆蓋物的光束，以照射并刺激所述樣本流體混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所誘發(fā)的發(fā)射光穿過(guò)第二覆蓋物并被物鏡接收。
[0037]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述質(zhì)詢裝置包括光源，所述光源配置成發(fā)出穿過(guò)所述微流體芯片的結(jié)構(gòu)層的光束，以照射并刺激所述樣本流體混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所誘發(fā)的發(fā)射光被物鏡接收。
[0038]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述質(zhì)詢裝置包括光源，所述光源配置成發(fā)出穿過(guò)所述微流體芯片的所述平面的光束，以照射并刺激所述樣本流體混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所誘發(fā)的發(fā)射光被物鏡接收。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方式中，被所述物鏡接收的所述發(fā)射光被轉(zhuǎn)換成觸發(fā)所述壓電致動(dòng)器組件的電信號(hào)。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述樣本流體混合物或所述鞘狀流體中的一者被栗送裝置栗送到所述微流體芯片中。
[0041 ]在一個(gè)實(shí)施方式中，外部管道將流體傳遞到所述微流體芯片。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述成分為細(xì)胞。
[0043]在一個(gè)實(shí)施方式中，其中，待分離的所述細(xì)胞包括以下中的至少一者:與沒有活力的且非活動(dòng)的精子分離的有活力的且活動(dòng)的精子;按照性別和其它性別分類變型方式分離的精子;從細(xì)胞群中分離的干細(xì)胞;與包括精子細(xì)胞的沒有標(biāo)簽的細(xì)胞分離的一個(gè)或多個(gè)有標(biāo)簽的細(xì)胞;通過(guò)期望的或非期望的特性進(jìn)行區(qū)分的包括精子細(xì)胞的細(xì)胞;根據(jù)規(guī)定的特征在核DNA中分離的基因；基于表面標(biāo)記分離的細(xì)胞;基于膜完整性或生存能力分離的細(xì)胞;基于潛在的或預(yù)測(cè)的生殖狀態(tài)分離的細(xì)胞;基于冷凍后存活的能力分離的細(xì)胞;與污染物或碎片分離的細(xì)胞;與受損細(xì)胞分離的健康細(xì)胞;血漿混合物中與白細(xì)胞和血小板分離的紅細(xì)胞;或者與任何其它細(xì)胞成分分離成對(duì)應(yīng)部分的任何細(xì)胞。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方式中，已分離的成分被移動(dòng)到所述多條輸出通道中的一條輸出通道中，并且未被選擇的成分穿過(guò)所述多條輸出通道中的另一條輸出通道而流出。
[0045]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)控制將所述樣本流體混合物或所述鞘狀流體中的一者栗送到所述微流體芯片中。
[0046]在一個(gè)實(shí)施方式中，該微流體芯片還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)顯示在由CCD照相機(jī)所捕獲的視野中的所述成分，所述CCD照相機(jī)設(shè)置在所述微流體芯片中的所述開口之上。
[0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，微流體芯片系統(tǒng)包括:裝載在微流體芯片盒上的微流體芯片，所述微流體芯片盒安裝在微流體芯片保持器上，所述微流體芯片具有用于將樣本流體引入到所述微流體芯片中的樣本輸入口，以及用于將鞘狀流體引入到所述微流體芯片中的鞘狀輸入口 ；以及栗送機(jī)構(gòu)，所述栗送機(jī)構(gòu)將所述樣本流體從儲(chǔ)液器栗送到所述微流體芯片的所述樣本輸入口中，并且將所述鞘狀流體栗送到所述微流體芯片的所述鞘狀輸入口中。
[0048]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種取向并分離流體混合物中的成分的方法，所述方法包括:將包含成分的樣本流體混合物輸入到微流體芯片的樣本輸入通道中；將鞘狀流體輸入到所述微流體芯片的多條第一鞘狀流體通道中，在所述多條第一鞘狀流體通道與所述樣本輸入通道的第一交叉點(diǎn)處，來(lái)自所述第一鞘狀流體通道的所述鞘狀流體結(jié)合所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物;其中，來(lái)自所述第一鞘狀流體通道的所述鞘狀流體在一個(gè)方向上壓縮所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物，以使所述樣本流體混合物中的所述成分圍繞所述樣本輸入通道的中心聚焦；以及將鞘狀流體輸入到所述微流體芯片的多條第二鞘狀流體通道中，在所述第一交叉點(diǎn)的下游，在所述多條第二鞘狀流體通道與所述樣本輸入通道的第二交叉點(diǎn)處，來(lái)自所述多條第二鞘狀通道的所述鞘狀流體結(jié)合所述樣本輸入通道中的所述樣本流體混合物;其中，在所述第二交叉點(diǎn)處，來(lái)自所述多條第二鞘狀流體通道的所述鞘狀流體還在第二方向上壓縮所述樣本流體混合物，使得在所述成分流經(jīng)所述樣本輸入通道時(shí)，將所述成分聚焦并對(duì)準(zhǔn)所述樣本輸入通道在寬度和深度上的中心；以及其中，所述鞘狀流體對(duì)所述成分施加作用，以在所述成分流經(jīng)所述樣本流體通道時(shí)將所述成分壓縮并取向在所選擇的方向上。
[0049]因此已經(jīng)概述了根據(jù)本發(fā)明的一些特征，以便可以更好理解以下對(duì)這些特征的詳細(xì)描述，并且以便可以更好地領(lǐng)會(huì)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的額外的特征將在以下描述并將形成所附權(quán)利要求的主題。
[0050]在這一方面，在詳細(xì)闡述根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式之前，將理解的是，本發(fā)明并不限于其應(yīng)用到以下說(shuō)明書中所提出的或附圖中所圖示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置能夠有其它的實(shí)施方式并以各種方式實(shí)踐和執(zhí)行。另外，將理解的是，本文所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)以及以下所包括的摘要是為了描述的目的，并不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制的。
[0051]同樣地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明基于的構(gòu)思可以容易地被利用為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)個(gè)目的的其它的結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。因此重要的是，權(quán)利要求被認(rèn)為包括等同結(jié)構(gòu)，只要這些等同結(jié)構(gòu)不脫離根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0052]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，參照以下公開內(nèi)容將更容易領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0053]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的微流體芯片的圖示實(shí)施