一种微流控芯片及其制备方法与应用与流程

本发明涉及生化应用领域，具体涉及一种微流控芯片及其制备方法与应用。

背景技术：

试验设计(designofexperiment，doe)是一种科学研究，是生产和管理中常用的安排实验的方法，该方法可以用尽量少的实验次数筛选出在多种影响实验结果的因素中，哪些因素影响显著，并且通过数据处理分析，可以进一步确定最佳的实验条件组合。试验设计包括方案设计、试验实施和结果分析3个步骤。目前关于试验设计的方案设计有多种方法可以借鉴，根据实验目的可以选择设计方法；关于试验实施部分，现有方法是根据实验方案采取人工一个一个因素的添加，然而这种人工手动单个因素添加的方式在多因素的实验中，费时费力且很容易出错。

因此，现有技术还有待于改进。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种微流控芯片及其制备方法与应用，旨在解决现有试验实施过程需要人工手动依次添加实验因素，导致实验费时费力且易出错的问题。

本发明的技术方案如下：

一种微流控芯片，其中，包括样品分散层以及层叠设置在所述样品分散层上方的样品入口层，所述样品分散层包括依次层叠设置的若干个样品分散子层，所述样品入口层上设置有样品滴加孔，所述样品分散子层上均设置有与所述样品滴加孔相对应的样品接收孔，所述样品分散子层上均设置有若干个样品分散孔，所述样品分散孔与所述样品接收孔之间设置有预设的样品通道。

所述的微流控芯片，其中，若干个所述样品分散孔与同一个样品接收孔之间的样品通道的流体阻力相同。

所述的微流控芯片，其中，还包括层叠设置在所述样品分散层下方的样品出口层，所述样品出口层设置有与所述样品分散孔相对应的样品出口孔。

所述的微流控芯片，其中，所述样品接收孔设置在所述样品分散子层的中间位置，所述样品分散孔设置在所述样品接收孔的上下两端。

所述的微流控芯片，其中，所述样品入口层上的样品滴加孔数量与待分析的样品种类数量相同，所述样品分散子层上的样品分散孔数量与待分析的样品组合数量相同。

所述的微流控芯片，其中，所述样品滴加孔上设置有与样品移液装置出口适配的接头。

一种微流控芯片的制备方法，其中，包括步骤：

根据实验要求对每个样品分散子层进行图案设计；

根据图案设计对每个样品分散子层进行加工处理，在所述样品分散子层上制备出样品接收孔、样品分散孔以及连接所述样品分散孔与样品接收孔的样品通道；

将所述样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层依次堆叠并进行热压处理，制得所述微流控芯片。

所述微流控芯片的制备方法，其中，所述热压处理的温度为80-120℃，压力为0.15-3mpa。

一种微流控芯片的应用，其中，将本发明所述的微流控芯片或本发明制备方法制得的微流控芯片用于药物筛选。

一种微流控芯片的应用，其中，将本发明所述的微流控芯片或本发明制备方法制得的微流控芯片用于诱导干细胞定向分化、培养基优化、药物制剂研究或产品配方筛选。

有益效果：本发明提供了一种微流控芯片，只需在所述微流控芯片的样品滴加孔中对应加入待分析样品，便可在微流控芯片内部自动实现按照试验方案的样品组合，完成样品组合的添加，大大减少了出错的概率，并且更加方便、快速、准确。另外，所述微流控芯片的制备工艺简单，只需要两步，首先是用激光雕刻出设计好的图案，然后用热压进行压合，即制得所述微流控芯片。本发明提供的微流控芯片可以拓展到多因子的doe实验中，尤其适合优化诱导干细胞定向分化中细胞因子组合，以及组合药物筛选等。

附图说明

图1为本发明一种微流控芯片的制备方法较佳实施例流程图。

图2a-图2d为不同样品分散子层的设计图。

图3为一种微流控芯片较佳实施例的爆炸示意图。

图4为本发明实施例收集的8个组合的水称重图。

具体实施方式

本发明提供一种微流控芯片及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于在doe的试验实施部分，现有技术是手动添加因子(待分析样品)组合，该过程费时费力且极容易出现错误。基于此，本发明实施例提供了一种微流控芯片，其包括样品分散层以及层叠设置在所述样品分散层上方的样品入口层，所述样品分散层包括依次层叠设置的若干个样品分散子层，所述样品入口层上设置有样品滴加孔，所述样品分散子层上均设置有与所述样品滴加孔相对应的样品接收孔，所述样品分散子层上均设置有若干个样品分散孔，所述样品分散孔与所述样品接收孔之间设置有预设的样品通道。

在本实施例中，所述样品分散层包括的样品分散子层数量与样品滴加孔的数量相同，所述样品分散子层中的样品接收孔与样品入口层中样品滴加孔的数量相同且位置对应，所述样品分散子层中的样品分散孔与所述样品接收孔之间设置有预设的样品通道，且每个样品分散子层只有一个样品接收孔与单个或多个样品接收孔之间设置有样品通道，不同的样品分散子层中的样品通道各不相同。本实施例中，所述样品入口层上的样品滴加孔数量与待分析的样品种类数量相同，所述样品分散子层上的样品分散孔数量与待分析的样品组合数量相同，只需在所述样品入口层的样品滴加孔中对应加入待分析样品(因子)，所述待分析样品分别经过不同样品分散子层中的样品通道后，便可自动实现按照试验方案设计进行样品组合，完成样品组合的添加，这极大地减少了待分析样品添加出错的概率，并且更加方便、快速且准确地完成了待分析样品的组合添加。

在一些实施方式中，当所述样品分散子层中的一个样品接收孔与多个样品分散孔之间设置有样品通道时，则所述不同样品分散孔与该同一个样品接收孔之间的样品通道的流体阻力相同。在样品通道的宽度和深度相同的条件下，所述样品通道的流体阻力是与通道长度成正比的，所以当一个样品接收孔与多个不同样品分散孔之间的样品通道长度相等时，相同长度样品通道的流体阻力是相等的，这保证了待分析样品(因子)通过所述样品接收孔时可以平均分成若干份进入到与所述样品接收孔连通的样品分散孔中。

在一些实施方式中，所述微流控芯片还包括层叠设置在所述样品分散层下方的样品出口层，所述样品出口层设置有与所述样品分散孔相对应的样品出口孔。在本实施例中，所述样品出口孔的数量与所述样品分散孔的数量相同，且两者的设置位置也相对应。所述样品出口孔可直接与多孔板连接，所述待分析样品经过所述样品分散子层后形成预设的样品组合并从所述样品出口孔中流出，从而完成样品组合的添加。通过本实施例的微流控芯片可实现直接加样品到孔板中，减少样品在转移过程的损失。

在一些实施方式中，所述样品入口层、样品分散层以及样品出口层的形状均为矩形、圆形或多边形，但不限于此。在一些具体的实施方式中，所述样品入口层、样品分散层以及样品出口层的形状均为矩形，所述样品接收孔设置在所述样品分散子层的中间位置，所述样品分散孔设置在所述样品接收孔的上下两端。

在一些实施方式中，为便于添加样品，本实施例在所述样品滴加孔上设置有与样品移液装置出口适配的接头。当采用移液枪添加样品时，则所述接头与移液枪枪头适配，所述接头为pdms接头、pmma接头、塑料接头或金属接头中的一种，但不限于此。

在一些实施方式中，还提供一种微流控芯片的制备方法，其中如图1所示，包括步骤：

s10、根据实验要求对每个样品分散子层进行图案设计；

s20、根据图案设计对每个样品分散子层进行加工处理，在所述样品分散子层上制备出样品接收孔、样品分散孔以及连接所述样品分散孔与样品接收孔的样品通道；

s30、将所述样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层依次堆叠并进行热压处理，制得所述微流控芯片。

本实施例提供的所述微流控芯片的制备工艺简单，只需要两步，首先是采用激光雕刻，软复制，热压，热塑或车床加工等方式，但不限于此的方式在样品分散子层上雕刻出设计好的图案，然后用热压的方式对依次堆叠的样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层进行压合，即制得所述微流控芯片。当采用激光雕刻方式雕刻图案时，则本实施例只需要激光雕刻机和热压机就可以完成微流控芯片的制作，其操作简单、制备效率高，且成本低。

在一些实施方式中，所述样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层的材料均为pmma、金属或塑料等，但不限于此。在一些具体的实施方式中，当所述样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层的材料均为pmma时，所述热压处理的温度为80-120℃，压力为0.15-3mpa，在该热压条件下，所述样品入口层、若干个样品分散子层以及样品出口层可热压成一体。

在一些具体的实施方式中，以4种待分析样品(因子)，8种样品组合为例对所述微流控芯片的结构及制备方法进行说明：

如图2a-2d所示，根据实验需求设计4种不同的样品分散子层，用a、b、c、d表示4种因子并对应添加到图2a、图2b、图2c和图2d的样品接收孔中，以图2a所示的样品分散子层设计图为例，所述样品分散子层设计图的中间设置有4个样品接收孔，所述4个样品接收孔的上下位置各设置有4个样品分散孔，所述4个样品接收孔中只有位于左侧的第一个样品接收孔(a位置样品接收孔)与样品分散孔(2、4、6、8)之间设置有样品通道，且各通道的样品通道总长度相等，在样品通道的宽度和深度相同的条件下，由于流体阻力是与通道长度成正比的，所以当4条通道长度相等时，4条通道的流体阻力是相等的，这保证了a因子通过第一个样品接收孔时可以平均分成4份加到2号样品分散孔、4号样品分散孔、6号样品分散孔以及8号样品分散孔中。

以图2b所示的样品分散子层设计图为例，所述样品分散子层设计图的中间设置有4个样品接收孔，所述4个样品接收孔的上下位置各设置有4个样品分散孔，所述4个样品接收孔中只有位于左侧的第二个样品接收孔(b位置样品接收孔)与样品分散孔(3、4、7、8)之间设置有样品通道，且各通道的样品通道总长度相等，在样品通道的宽度和深度相同的条件下，由于流体阻力是与通道长度成正比的，所以当4条通道长度相等时，4条通道的流体阻力是相等的，这保证了b因子通过第一个样品接收孔时可以平均分成4份加到3号样品分散孔、4号样品分散孔、7号样品分散孔以及8号样品分散孔中。

以图2c所示的样品分散子层设计图为例，所述样品分散子层设计图的4个样品接收孔中只有位于左侧的第三个样品接收孔(c位置样品接收孔)与样品分散孔(1、2、3、4)之间设置有样品通道，且各通道的样品通道总长度相等，在样品通道的宽度和深度相同的条件下，由于流体阻力是与通道长度成正比的，所以当4条通道长度相等时，4条通道的流体阻力是相等的，这保证了c因子通过第一个样品接收孔时可以平均分成4份加到1号样品分散孔、2号样品分散孔、3号样品分散孔以及4号样品分散孔中。

以图2d所示的样品分散子层设计图为例，所述样品分散子层设计图的4个样品接收孔中只有位于左侧的第四个样品接收孔(d位置样品接收孔)与样品分散孔(1、4、7、8)之间设置有样品通道，且各通道的样品通道总长度相等，在样品通道的宽度和深度相同的条件下，由于流体阻力是与通道长度成正比的，所以当4条通道长度相等时，4条通道的流体阻力是相等的，这保证了d因子通过第一个样品接收孔时可以平均分成4份加到1号样品分散孔、4号样品分散孔、7号样品分散孔以及8号样品分散孔中。

按照图2a-图2d所示的样品分散子层设计图对pmma板进行激光雕刻，制得相应的样品分散子层；如图3所示，将所述各样品分散子层10以及样品入口层20叠合并进行热压处理，制得微流控芯片。在所述微流控芯片的样品滴加孔处添加所述a、b、c、d4种因子后，最终形成的组合如表1所示：

表1为4种因子经过样品分散层后形成的组合，其中+表示“有”，-表示“无”。

采用本实施例制得的微流控芯片可以简单的从样品滴加孔中加入不同因子，在样品出口孔即得到了本实施例设计的8种因子组合，其实现方法简单，减少了时间，也减少了出错的情况。

为了验证本实施例微流控芯片的效果，从所述4个样品滴加孔中分别加1ml水，然后收集8个组合进行称重，数据如附图4所示。混合后的理论值见表2中的added列，实际测量值见表2中的founded列，recovery＝(founded/added)*100％,从表中可以看出recovery在90％以上，相对标准偏差也都比较小，说明本实施例的微流控芯片可以准确的实现设计好的组合。

表28个组合的理论重量与实际重量对比表

本发明提供的微流控芯片可以实现多个因子的组合，因子越多，本发明的微流控芯片优势越大，能够减少更多的工作量。组合越多，人工手动加出错的概率就会更大，而采用本发明的微流控芯片可大大提高准确率，减少操作时间。

在一些实施方式中，所述微流控芯片可用于诱导干细胞定向分化。干细胞通过用不同的细胞因子诱导可以定向分化为我们想要的细胞，但是如何提高干细胞定向分化效率是一个需要解决的问题。现有技术通常是将一些常用因子进行随机组合优化，选择较好的分化效果的组合，这种分化效率极低。采用本实施例提供的微流控芯片可以系统的通过doe的设计来选出影响显著的细胞因子，进一步可以获得优化的组合，通过较少的实验次数实现筛选出最优细胞因子组合的目的。

类似的，在一些实施方式中，还提供一种微流控芯片的应用，将所述微流控芯片用于药物筛选，筛选出组合疗效比较好的药物组合。

类似的，在一些实施方式中，还提供一种微流控芯片的应用，将所述微流控芯片用于培养基优化或产品配方筛选。

综上所述，本发明提供了一种微流控芯片，只需在所述微流控芯片的样品滴加孔中对应加入待分析样品，便可在微流控芯片内部自动实现按照试验方案的样品组合，完成样品组合的添加，大大减少了出错的概率，并且更加方便、快速、准确。另外，所述微流控芯片的制备工艺简单，只需要两步，首先是用激光雕刻出设计好的图案，然后用热压进行压合，即制得所述微流控芯片。本发明提供的微流控芯片可以拓展到多因子的doe实验中，尤其适合优化诱导干细胞定向分化中细胞因子组合，以及组合药物筛选等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。