本發(fā)明涉及一種芯片及其制備方法和應(yīng)用，尤其是涉及一種微流控芯片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微流控，是一種精確控制和操控微尺度流體，尤其特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。通過(guò)在微尺度下流體的控制，在20世紀(jì)80年代，微流控技術(shù)開(kāi)始興起，并在DNA芯片，芯片實(shí)驗(yàn)室，微進(jìn)樣技術(shù)，微熱力學(xué)技術(shù)等方向得到了發(fā)展。微流控分析芯片最初在美國(guó)被稱為"芯片實(shí)驗(yàn)室"(lab-on-a-chip)，在歐洲被稱為"微整合分析芯片"(micrototal analytical systems)，它是微流控技術(shù)(Microfluidics)實(shí)現(xiàn)的主要平臺(tái)，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過(guò)程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過(guò)程。有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)的微流控芯片，在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著的巨大潛力，并已逐漸發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等多學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域(Whitesides,G.M.,Nature2006,442,368-373)。

MIT Technology Review雜志發(fā)布的2015年度十大突破技術(shù)，液體活檢榮登榜單，這預(yù)示著液體活檢技術(shù)強(qiáng)大的發(fā)展前景和潛力。液態(tài)活檢這一概念最早在1974年由Sorrells等提出(Sorrells R.B.，J.Ark.Med.Soc.1974；71(1):59-62.)。液體活檢目前主要的檢測(cè)對(duì)象包括四個(gè)：循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)、腫瘤外泌體(exosome)、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)和腫瘤相關(guān)蛋白標(biāo)志物等；它們來(lái)源于腫瘤組織，存在于血液，可以提示腫瘤發(fā)展進(jìn)程及抗藥性等信息，指導(dǎo)個(gè)體化精準(zhǔn)治療。與現(xiàn)有腫瘤檢測(cè)方法相比，液態(tài)活檢無(wú)侵入性、可頻繁多次檢測(cè)及快速反應(yīng)能力均體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)(胡琨，等.臨床藥物治療雜志.2016,14(4):1-7.)。

無(wú)論是檢測(cè)CTC、ctDNA還是exosome，首要的工作都必須分離獲取他們。強(qiáng)生公司的Cell Search循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測(cè)系統(tǒng)，是全球第一個(gè)也是唯一經(jīng)過(guò)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)和中國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)批準(zhǔn)，用于惡性腫瘤疾病管理的檢測(cè)CTC的商業(yè)化產(chǎn)品。該系統(tǒng)分離CTC主要是基于免疫磁珠分離法。其缺點(diǎn)是：分離效率不高、得到的是死細(xì)胞、無(wú)法對(duì)CTC進(jìn)行分子生物學(xué)分析。循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)和腫瘤相關(guān)蛋白標(biāo)志物目前主要是依賴化學(xué)試劑分離法，面臨著分離的純度和濃度不高的問(wèn)題。外泌體的分離方法多為離心法、化學(xué)試劑沉降法和免疫磁珠法，同樣存在著多種問(wèn)題，如步驟繁瑣、耗時(shí)耗力、外泌體遭到破壞外、分離效率等。目前，無(wú)論是商品化的技術(shù)還是大量科技文獻(xiàn)多報(bào)道的方法，都還只是針對(duì)這四個(gè)檢測(cè)對(duì)象中的其中一個(gè)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行分離。腫瘤是一種復(fù)雜的疾病，如何提高腫瘤檢測(cè)的準(zhǔn)確性是醫(yī)學(xué)臨床所面對(duì)的一大難題。對(duì)于液體活檢技術(shù)而言，必須改變傳統(tǒng)的依賴檢測(cè)單一對(duì)象的做法，針對(duì)多靶標(biāo)的聯(lián)合檢測(cè)是液體活檢技術(shù)在腫瘤檢測(cè)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了得到針對(duì)多靶標(biāo)的聯(lián)合檢測(cè)樣品，本發(fā)明人研究出了一種微流控芯片。該微流控芯片包括封裝層和基底層，還包括設(shè)置在封裝層和基底層之間的多孔膜層和支持層；封裝層與多孔膜層相接，基底層與支持層相接；封裝層上設(shè)置有封裝層入口、封裝層微流控通道和封裝層出口，使得液體能夠從封裝層入口流入封裝層微流控通道并從封裝層出口流出；多孔膜層上設(shè)置有通孔，使得液體能夠從封裝層入口和/或封裝層微流控通道流入該通孔；支持層上設(shè)置有支持層入口、支持層微流控通道和支持層出口，使得液體能夠從上述通孔流入支持層入口，并經(jīng)支持層微流控通道從支持層出口流出。其中，通孔的數(shù)量為M個(gè)，M為整數(shù)，M≥1。

進(jìn)一步地，多孔膜層和支持層的數(shù)量均為N層，N為整數(shù)，N≥1；多孔膜層和支持層從上到下交替排列。

進(jìn)一步地，N≥2；從上到下多孔膜層上的通孔的孔徑依次縮小。

進(jìn)一步地，N≥2；從上到下，支持層上的支持層入口的長(zhǎng)度依次增大，多孔膜層上的通孔的個(gè)數(shù)依次增多，多孔膜層的大小依次增大。

進(jìn)一步地，封裝層的材質(zhì)是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、硅片或者塑料。

進(jìn)一步地，多孔膜層的材質(zhì)是氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO₂)或高分子聚合物。

進(jìn)一步地，多孔膜層的通孔的孔徑大小是10nm～20μm。

進(jìn)一步地，多孔膜層的厚度是10nm～10μm。

進(jìn)一步地，支持層的材質(zhì)是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、硅片或者塑料。

進(jìn)一步地，基底層的材質(zhì)是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、硅片或者塑料。且基底層上無(wú)孔洞。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種如上所述的微流控芯片的制備方法。該方法采用氧等離子體鍵合法、高溫?zé)釅悍?、化學(xué)黏合劑粘合法中的一種或者多種將微流控芯片的各相鄰層之間進(jìn)行密封。

本發(fā)明涉及上述微流控芯片在食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物開(kāi)發(fā)、生物化學(xué)、微化工、戰(zhàn)場(chǎng)生物偵測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明還涉及一種含有上述微流控芯片的臨床診斷試劑盒、設(shè)備或者器材。

本發(fā)明所提供的微流控芯片及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、綜合成本較低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是一次操作，能同步分離不同大小物質(zhì)的特點(diǎn)，可大大提高后續(xù)分析的效率。因此，在臨床診斷、食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物開(kāi)發(fā)、生物化學(xué)、微化工、戰(zhàn)場(chǎng)生物偵測(cè)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中的封裝層的俯視透視圖。

圖2是圖1中的封裝層的縱向剖面圖。

圖3是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中的基底層的俯視透視圖。

圖4是圖3中的基底層的縱向剖面圖。

圖5是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中的微流控芯片的俯視透視圖。

圖6是圖5中的微流控芯片的縱向剖面圖。

圖7是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中的多孔膜層的俯視透視圖。

圖8是圖7中的多孔膜層的縱向剖面圖。

圖9是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中的支持層的俯視透視圖。

圖10是圖9中的支持層的縱向剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說(shuō)明。

如圖1和2所示，封裝層1的結(jié)構(gòu)中含有封裝層入口101、封裝層出口102和封裝層微流控通道103，且三者相互連通，液體能夠從封裝層入口101進(jìn)入，流經(jīng)封裝層微流控通道103，從封裝層出口102出去。

如圖3和4所示，基底層2為板狀結(jié)構(gòu)，其上無(wú)孔洞。

如圖5和6所示，此微流控芯片含有三層多孔膜層和三層支持層。為便于區(qū)分，從上到下將三層多孔膜層分別命名為第一多孔膜層3、第二多孔膜層5和第三多孔膜層7；從上到下將三層支持層分別命名為第一支持層4、第二支持層6和第三支持層8。

圖6顯示，從上到下依次為封裝層1、第一多孔膜層3、第一支持層4、第二多孔膜層5、第二支持層6、第三多孔膜層7、第三支持層8和基底層2。

以第一多孔膜層3為例，介紹多孔膜層的結(jié)構(gòu)。如圖7和8所示，第一多孔膜層3的厚度為H，第一多孔膜層3上有多個(gè)通孔301，通孔301的孔徑為S。H的取值范圍是10nm～10μm。通孔的孔徑的取值范圍是10nm～20μm。通孔的數(shù)量為M個(gè)。在圖7中，M＝20。在實(shí)際應(yīng)用中，通孔的數(shù)量不限于20個(gè)，可以是大于等于1的任意整數(shù)個(gè)。通孔能夠使得上下兩層的空間連通。

以第一支持層4為例，介紹支持層的結(jié)構(gòu)。如圖9和10所示，第一支持層4包含支持層入口401、支持層出口402和支持層微流控通道403，且三者相互連通，液體能夠從支持層入口401進(jìn)入，流經(jīng)支持層微流控通道403，從支持層出口402出去。

如圖6所示，封裝層1的封裝層入口101與封裝層微流控通道103和封裝層出口102相連通。

封裝層入口101經(jīng)第一多孔膜層3的通孔301與第一支持層4的支持層入口401、第一支持層4的支持層微流控通道403以及第一支持層4的支持層出口402相連通。

第一支持層4的支持層入口401經(jīng)第二多孔膜層5的通孔501與第二支持層6的支持層入口601、第二支持層6的支持層微流控通道603以第二支持層6的支持層出口602相連通。

第二支持層6的支持層入口601經(jīng)第三多孔膜層7的通孔701與第三支持層8的支持層入口801、第三支持層8的支持層微流控通道803以第三支持層8的支持層出口802相連通。

第一多孔膜層3覆蓋第一支持層4的支持層入口401，但不覆蓋第一支持層4的支持層出口402。封裝層1也不覆蓋第一支持層4的支持層出口402。因此，多余的液體可以從該出口流出。

第二多孔膜層5覆蓋第二支持層6的支持層入口601，但不覆蓋第二支持層6的支持層出口602。第一支持層4也不覆蓋第二支持層6的支持層出口602。因此，多余的液體可以從該出口流出。

第三多孔膜層7覆蓋第三支持層8的支持層入口801，但不覆蓋第三支持層8的支持層出口802。第二支持層6也不覆蓋第三支持層8的支持層出口802。因此，多余的液體可以從該出口流出。

第一多孔膜層3的通孔301的孔徑大于其下次的第二多孔膜層5的通孔501的孔徑。

第二多孔膜層5的通孔501的孔徑又大于其下次的第三多孔膜層7的通孔701的孔徑。

封裝層1與第一多孔膜層3之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第一多孔膜層3與第一支持層4之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第一支持層4與第二多孔膜層5之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第二多孔膜層5與第二支持層6之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第二支持層6與第三多孔膜層7之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第三多孔膜層7與第三支持層8之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

第三支持層8與基底層2之間通過(guò)物理或化學(xué)方法密封。

這里的物理或化學(xué)方法密封包括氧等離子體鍵合法、高溫?zé)釅悍ā⒒瘜W(xué)黏合劑粘合法中的一種或者多種。

工作時(shí)，液體從封裝層入口101加入，進(jìn)入封裝層微流控通道103，經(jīng)過(guò)第一多孔膜層3的通孔301的篩選，大于該通孔301孔徑的物質(zhì)被保留在第一多孔膜層3上，小于該通孔301孔徑的物質(zhì)通過(guò)該通孔301進(jìn)入第一支持層4的支持層入口401，過(guò)多的液體從封裝層出口102排出。

進(jìn)入第一支持層4的支持層入口401的物質(zhì)流經(jīng)第一支持層4的支持層微流控通道403以及經(jīng)過(guò)第二多孔膜層5的通孔501孔徑的篩選，大于該通孔501孔徑的物質(zhì)被保留在第二多孔膜層5上，小于該通孔501孔徑的物質(zhì)通過(guò)該通孔501進(jìn)入第二支持層6的支持層入口601，過(guò)多的液體從第一支持層4的支持層出口402排出。

進(jìn)入第二支持層6的支持層入口601的物質(zhì)流經(jīng)第二支持層6的支持層微流控通道603以及經(jīng)過(guò)第三多孔膜層7的通孔701孔徑的篩選，大于該通孔701孔徑的物質(zhì)被保留在第三多孔膜層7上，小于該通孔701孔徑的物質(zhì)通過(guò)該通孔701進(jìn)入第三支持層8的支持層入口801，過(guò)多的液體從第二支持層6的支持層出口602排出。

進(jìn)入第三支持層8的支持層入口801的物質(zhì)進(jìn)入第三支持層8的支持層微流控通道803，以及保留在基底層2與第三支持層8圍合的空間內(nèi)，多余的液體從第三支持層8的支持層出口802排出。從而實(shí)現(xiàn)了一次操作，同步分離不同大小物質(zhì)的功能。這也使得該微流控芯片可以在臨床診斷、食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物開(kāi)發(fā)、生物化學(xué)、微化工、戰(zhàn)場(chǎng)生物偵測(cè)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

以上是微流控芯片含有三層多孔膜層和三層支持層的情況。事實(shí)上，微流控芯片可以是含有N層多孔膜層和N層支持層，且N≥1，N為自然數(shù)。其結(jié)構(gòu)和制備方法類似于上述含有三層多孔膜層和三層支持層的微流控芯片，這里不再贅述。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，僅為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。