本发明提供了用于浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置,该装置包括:容纳阳极的阳极室,容纳阴极的阴极室,分隔阳极室和阴极室的离子交换膜,阴极室包含固体载体;本发明还提供了制造所述微观流体装置的方法,及使用该微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法。所述微观流体装置可以有效地浓缩包含细胞或病毒的样品并溶解细胞或病毒,且浓缩和溶解方法可以在单个室中进行。
1.用于浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置,该装置包括:容纳阳极的阳极室;容纳阴极和固体载体的阴极室,其中所述固体载体处于细胞可结合的状态;和分隔阳极室和阴极室的离子交换膜,其中所述阳极室形成在所述离子交换膜的一侧上形成的第一粘结层上,和所述阴极室形成在所述离子交换膜的另一侧上形成的第二粘结层下,所述第二粘结层粘附在所述固体载体的上表面。
2.权利要求1的微观流体装置,其中固体载体的表面涂布有细胞结合物质。
3.权利要求2的微观流体装置,其中细胞结合物质是水接触角为70°-90°的疏水性物质。
4.权利要求3的微观流体装置,其中疏水性物质选自十八烷基三氯硅烷、十三氟四氢辛基三甲氧基硅烷、十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵、聚乙烯亚胺三甲氧基硅烷、及其混合物。
5.权利要求1的微观流体装置,其中固体载体的结构选自扁平结构、柱状结构、珠粒结构和筛网结构。
6.权利要求1的微观流体装置,其中离子交换膜传导电流,但不允许阳极室和阴极室中的电解反应所产生的离子和气体通过。
7.权利要求1的微观流体装置,其中阴极是由能够吸附氢气的金属形成的,而阳极是由标准氧化电位高于水且不与水反应的金属形成的。
8.权利要求7的微观流体装置,其中阴极由钯(Pd)形成。
9.权利要求7的微观流体装置,其中阳极是由选自以下的金属形成的:铜(Cu)、铅(Pb)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、铁(Fe)和锡(Sn)。
10.权利要求1的微观流体装置,其中阴极室和阳极室还分别包括引入和排放溶液的进口和出口。
11.权利要求1的微观流体装置,还包括:离子交换膜;第一粘结层,形成在离子交换膜的一侧上;第二粘结层,形成在离子交换膜的另一侧上;阳极支持基底,粘附在第一粘结层上并具有梯状开口;阳极,固定在阳极支持基底上且形状对应于阳极支持基底的梯形开口;阳极室基底,形成阳极室同时覆盖阳极;阴极室基底,粘附在第二粘结层上,形成阴极室并包括上表面粘附在第二粘结层上的固体载体;以及阴极,固定在阴极室的底部。
12.权利要求11的微观流体装置,其中第一粘结层和第二粘结层能够传导电流。
13.权利要求11的微观流体装置,其中电极支持基底是由印刷电路板(PCB)形成的。
14.制备权利要求1的微观流体装置的方法,该方法包括:制备阳极支持基底,该阳极支持基底包括位于一侧的梯形阳极并具有形状对应于梯形阳极的开口;将阳极室基底固定在阳极支持基底上,以覆盖阳极并形成阳极室;制备包含固体载体的阴极室基底,该阴极室基底形成阴极室,并包括固定在阴极室底部的阴极;在离子交换膜相应侧面上形成第一粘结层和第二粘结层;以及将阳极支持基底粘附在第一粘结层上,而将阴极室基底粘附至第二粘结层上。
15.权利要求14的方法,其中制备阳极支持基底包括:在涂有金属的印刷电路板(PCB)上涂布光刻胶膜;透过具有被设计用于形成梯形阳极的图案的掩模照射UV光,并显影阳极上的图案;蚀刻曝光的涂有金属的PCB;以及切割曝光的涂有金属的PCB,形成开口。
16.权利要求14的方法,其中制备阴极室基底包括:在阴极室基底上涂布光刻胶膜;透过具有被设计用于形成固体基底的图案的掩模照射UV光,并显影固体基底上的图案;蚀刻曝光的固体基底;通过包括电子束加热的真空蒸镀将金属气相沉积在固体基底上;除去光刻胶膜;以及用另一种金属电镀固体基底的金属沉积面。
17.权利要求14的方法,其中形成第一和第二粘结层包括:在离子交换膜的两侧旋涂粘合剂;将离子交换膜的一侧粘附在阳极支持基底上,同时用辊筒展开离子交换膜;以及将离子交换膜的另一侧粘附在阴极室基底上。
18.权利要求17的方法,其中粘合剂在室温下为液体,当向粘合剂施加热或紫外光而固化时获得粘附性。
19.权利要求14的方法,其中将第一和第二粘结层粘附在阳极支持基底和阴极室基底上是通过将阳极支持基底、离子交换膜和阴极室基底布置成阵列,并向该阵列施加热和压力而进行的。
20.使用权利要求1的微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法,该方法包括:将含有标准氧化电位高于或低于水的多种离子的溶液引入微观流体装置的阳极室中;将含有细胞或病毒及标准还原电位低于水的多种离子的溶液引入微观流体装置的阴极室;以及通过阳极和阴极施加电流,以诱导阳极室和阴极室中发生电解,并调节引入阳极室或阴极室中的溶液的pH。
21.权利要求20的方法,其中被引入阳极室且标准氧化电位低于水的离子包括至少一种选自NO₃^-、F^-、SO₄^2-、PO₄^3-和CO₃^2-的离子。
22.权利要求20的方法,其中被引入阳极室且标准氧化电位高于水的离子包括Cl^-。
23.权利要求20的方法,其中被引入阴极室且标准还原电位低于水的离子包括至少一种选自Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Al³⁺的离子。
24.权利要求20的方法,其中溶液的pH是通过改变所施加的电流的方向、所施加的电流的强度、电流施加的时间、电极的宽度或离子交换膜的厚度而调节的。本申请是中国发明申请(发明名称:浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置和方法及制造该微观流体装置的方法,申请日:2006年12月25日;申请号:200610171139.8)的分案申请。技术领域
本发明涉及浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置(microfluidicxa0device),制造该微观流体装置的方法,以及使用该微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法。
背景技术
通常,生物分析方法,例如病原体检测和分子诊断,包括从样品中分离出目标细胞,浓缩含有细胞的样品,从细胞中分离并扩增生物分子、杂交及检测。芯片实验室(lab-on-a-chip)(LOC),使得这一系列生物分析方法在微芯片上快速并自动进行,它是目前正在研究的课题。LOC包括为了进行这些生物分析步骤的微观流体装置。微观流体装置指进口、出口、反应室等通过微通道流体连接的装置。除了其上形成的微通道之外,该微观流体装置通常包括输送流体的微型泵,混合流体的微混合器,过滤被输送流体的微过滤器,等等。预计集成所述生物分析步骤的常规装置包括细胞计数室、细胞分选室、DNA抽取室和PCR扩增室,这些室通过通道顺序并流体连接,且分别具有阀门和泵。然而,在构建简单集成所述生物分析方法的装置时,需要大量阀门和微流体控制器,因此难以在单个装置中集成这些生物分析方法,而且还需要大量腔室,从而使得装置体积过大且过于昂贵。另外,在腔室之间输送样品溶液时产生气泡和损失样品的可能性很高。因此,为了使LOC小型化,需要在单个室中进行尽可能多的生物分析方法。
发明内容
本发明提供了允许在单个室中形成含有细胞或病毒的样品的浓缩物并溶解细胞或病毒的微观流体装置。本发明还提供制造该微观流体装置的方法。本发明还提供在该微观流体装置的单个室中同时浓缩含有细胞或病毒的样品及溶解细胞或病毒的方法。根据本发明的一个方面,提供了用于浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置,该装置包括含有阳极的阳极室,含有阴极的阴极室及分隔阳极室和阴极室的离子交换膜,其中阴极室包括固体载体。根据本发明的一实施方案,固体载体的表面涂布有细胞结合物质(cell-bindingxa0substance)。根据本发明的另一实施方案,细胞结合物质是水接触角为70°-90°的疏水性物质,或者给电荷物质。根据本发明的另一实施方案,疏水性物质选自十八烷基三氯硅烷(OTS)、十三氟四氢辛基三甲氧基硅烷(DTS)、十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(OTC)、聚乙烯亚胺三甲氧基硅烷(PEIM),及其混合物。根据本发明的另一实施方案,固体载体的结构选自扁平结构、柱状结构、珠粒结构和筛网结构。根据本发明的另一实施方案,离子交换膜传导电流但不允许阳极室和阴极室中的电解反应产生的离子和气体通过。根据本发明的另一实施方案,阴极由能够吸附氢气的金属形成,而阳极由标准氧化电位高于水且不和水反应的金属形成。根据本发明的另一实施方案,阴极由钯(Pd)形成。根据本发明的另一实施方案,阳极由选自以下的金属形成:铜(Cu)、铅(Pb)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、铁(Fe)和锡(Sn)。根据本发明的另一实施方案,阴极室和阳极室分别还包括引入和排放溶液的进口和出口。根据本发明的另一实施方案,浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置还包括:离子交换膜;在离子交换膜的一侧上形成的第一粘结层;在离子交换膜的另一侧上形成的第二粘结层;粘附在第一粘结层上并具有梯状开口的阳极支持基底;固定在阳极支持基底上并与阳极支持基底的梯形开口形状对应的阳极;形成阳极室同时覆盖阳极的阳极室基底;粘附在第二粘结层上的阴极室基底,该阴极室基底形成阴极室并包括上表面粘附在第二粘结层上的固体载体;以及固定在阴极室底部的阴极。根据本发明的另一实施方案,第一粘结层和第二粘结层可分别具有足够的粘合力,并可以足够薄以传导电流。根据本发明的另一实施方案,阳极支持基底可以由印刷电路板(PCB)形成。根据本发明的另一方面,提供了制造用于浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的微观流体装置的方法,该方法包括:制备阳极支持基底,该阳极支持基底包括位于侧面上的梯形阳极并具有形状对应于梯形阳极的开口;将阳极室基底固定在阳极支持基底上,以形成阳极室同时覆盖阳极;制备包含固体载体的阴极室基底,该阴极室基底形成阴极室,并包括固定在阴极室底部的阴极;在离子交换膜两侧分别形成第一粘结层和第二粘结层;以及将阳极支持基底粘附在第一粘结层上,且将阴极室基底粘附在第二粘结层上。根据本发明的实施方案,阳极支持基底的制备可包括:在涂有金属的印刷电路板(PCB)上涂布光刻胶膜;透过具有被设计用于形成梯形阳极的图案的掩膜照射UV光,并显影该图案;蚀刻曝光的金属;以及切割曝光的PCB,形成开口。根据本发明的实施方案,阴极室基底的制备包括:在阴极室基底上涂布光刻胶膜;透过具有被设计用于形成固体载体的图案的掩膜照射UV光,并显影该图案;蚀刻曝光的基底;通过真空蒸镀(包括用电子束加热)将金属气相沉积在阴极室基底上;除去光刻胶膜;以及用另一种金属电镀阴极室基底的金属沉积面。根据本发明的另一实施方案,阴极室基底的制备还包括用细胞结合物质涂布固体载体的表面。根据本发明的另一实施方案,粘结层的形成可包括:在离子交换膜的两侧旋涂粘合剂,将离子交换膜的一侧粘附在阳极支持基底上,同时用辊筒展开离子交换膜;以及将离子交换膜的另一侧粘附至阴极室基底。根据本发明的另一实施方案,粘合剂在环境温度下可以为液体,当施加热或紫外光固化时可获得粘附性。根据本发明的另一实施方案,将粘结层粘附至电极支持基底可通过以下步骤进行:将阳极支持基底、离子交换膜和阴极室基底布置成阵列,并施加热和压力。根据本发明的另一方面,提供了使用微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法,该方法包括:将含有标准氧化电位高于或低于水的离子物质的溶液引入微观流体装置的阳极室;将含有标准还原电位低于细胞或病毒及水的离子物质的溶液引入微观流体装置的阴极室;通过阳极和阴极施加电流,从而诱导阳极室和阴极室中发生电解,并调节引入阳极室或阴极室中的溶液的pH。根据本发明的另一实施方案,被引入阳极室且较低标准氧化电位低于水的离子包括至少一种选自NO₃^-、F^-、SO₄^2-、PO₄^3-和CO₃^2-的离子。根据本发明的另一实施方案,被引入阳极室且标准氧化电位高于水的离子包括Cl^-。根据本发明的另一实施方案,被引入阴极室且较低标准还原电位低于水的离子包括至少一种选自Na⁺、K⁺、Ca²⁺,Mg²⁺和Al³⁺的离子。根据本发明的另一实施方案,可以通过改变所施加的电流的方向、所施加的电流的强度、电流施加的时间、电极的宽度或离子交换膜的厚度而调节溶液的pH。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方案,本发明的上述和其它特征和优点将变得更加显而易见,在附图中:图1示出了根据本发明实施方案的微观流体装置的横截面图;图2示出了根据本发明实施方案的微观流体装置的角向立体图;图3A是在本发明实施方案的微观流体装置中,柱的上表面不完全结合在离子交换膜上的情况下,流动的溶液流过柱的上表面的现象的示意图;图3B是在本发明实施方案的微观流体装置中,柱的侧面完全结合在离子交换膜上的情况下,流动的溶液流过柱的侧面的现象的示意图;图4是说明制备本发明实施方案的微观流体装置的方法的各个步骤的流程图;图5是制备本发明实施方案的微观流体装置的阳极支持基底的示例性方法的示意图;图6是制备本发明实施方案的微观流体装置的阴极室基底的示例性方法的示意图;图7A至图7C分别是本发明实施例中制备的阴极室基底的不同形状的上表面的示意图;以及图8是在电泳实验实施例中进行电泳得到的照片,该照片示出在使用本发明实施方案的微观流体装置进行DNA抽取时证实抽取DNA效果的结果。
具体实施方式
现参考附图更全面地描述本发明,该附图示出了本发明的示例性实施方案。然而,本发明可以具体表现为不同的形式,而不应认为受限于在此提出的这些实施方案;相反,提供这些实施方案使得本发明的公开内容透彻且全面,并且将本发明的构思完全传达给本领域的技术人员。图1是根据本发明实施方案的微观流体装置的横截面图。参见图1,本发明的该实施方案的微观流体装置包括离子交换膜101、第一粘结层103、第二粘结层105、阳极支持基底107、阳极111、阳极室基底113、阴极室基底117和阴极123。离子交换膜101的特征在于,离子交换膜101传导电流但不允许阳极室和阴极室中的电解反应所产生的离子或气体通过。例如,离子交换膜101的特征在于,离子交换膜101传导电流但不允许阳极室和阴极室中的质子和氢氧根离子通过。离子交换膜101可以是阳离子交换膜或阴离子交换膜。阳离子交换膜是允许阳离子通过但对阴离子的渗透表现出几乎100%抵抗性的膜。另一方面,阴离子交换膜是允许阴离子通过但对阳离子的渗透表现出几乎100%抵抗性的膜。例如,阳离子交换膜可以是强酸交换膜(含-SO₃-、Nafion^TM)或弱酸交换膜(含-COO-),而阴离子交换膜可以是强碱交换膜(含N⁺(CH₃))或弱碱交换膜(含N(CH₃)₂)。阳离子交换膜和阴离子交换膜在相关技术领域中是广为人知的,本领域的技术人员能够选择并购买合适的离子交换膜101。例如,可以购买以下商品名的离子交换膜101:Nafion^TM(Dupontxa0Corp.)、Dowex^TM(Sigma-Aldrichxa0Co.)和Diaion^TM(Sigma-Aldrichxa0Co.)。第一粘结层103形成在离子交换膜101的一侧,第二粘结层105形成在离子交换膜101的另一侧。需要第一粘结层103和第二粘结层105具有足够的粘合力且还要足够薄以便传导电流。可以通过涂覆粘合剂分别形成第一粘结层103和第二粘结层105,该粘合剂在环境温度下为液体,而当在离子交换膜101的两侧施加热而固化及加热粘结层时可获得粘性。在本发明的本实施例中,使用Dowxa0Corningxa0Primerxa01205作为粘合剂。阳极支持基底107粘附在第一粘结层103上,且包括梯状开口109。阳极支持基底107可由选自以下的物质形成:印刷电路板(PCB)、硅晶片、玻璃、石英、金属和塑料。例如,阳极支持基底107可以由PCB形成。在使用PCB作为阳极支持基底107的情况下,加工方便,且可以减少传导电流所经由的开口的宽度,从而可增加单个横列中的电极数量。由此,可以降低电阻,可以均一地控制pH变化分布,以及使柱状结构的芯片的作用最大化。大规模生产微观流体装置的成本可以降低。例如,在PCB上形成开口的方法比通过喷砂在玻璃基底上形成开口的方法便宜约100倍。将阳极111固定在阳极支持基底107上,并根据梯状开口109成形。阳极111可以由标准氧化电位高于水且不与水反应的金属形成。此时,阳极室115中不产生气体,从而阳极室115不需要气体出口。阳极111可以由选自氧化电位高于水且不与水反应的任何金属形成,但阳极111并不限于此。通常,根据水的电解,在阳极111附近产生氧气,形成泡沫,产生的质子降低了溶液的pH。另一方面,本发明实施方案的微观流体装置采用标准氧化电位高于水的金属,因此,金属被氧化并离子化,而水没有被电解,因此没有气体产生,另外,可在某些情况下例如电压增大和溶质变化时产生的少量氧和标准氧化电位高于水的金属结合,形成金属氧化物,从而不会因氧气生成而产生泡沫。标准氧化电位高于水且与水反应的金属不适合用作阳极111。例如,钾(K)、钙(Ca),钠(Na)和镁(Mg)不适合用作阳极111。另外,标准氧化电位高于水但形成氧化膜太快从而使得电阻增加的金属也不适合用作阳极111。例如,铝(Al)很快氧化为氧化铝,因此不适合用作阳极111。本发明实施方案的阳极111可由选自铜(Cu)、铅(Pb)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)、铁(Fe)和锡(Sn)的金属形成。阳极室基底113覆盖阳极111并形成阳极室115。阴极室基底117粘附在第二粘结层105上,形成阴极室119,并包括多个柱121,柱121的上表面粘附在第二粘结层105上。根据本发明的实施方案,柱121的结构可以选自扁平结构、柱状结构、珠粒结构和筛网结构。柱121可以处于可结合细胞的状态。例如,借助柱121表面的物理或化学性质如疏水性或电荷可以实现细胞和柱121的结合。需要柱121表面上涂覆有细胞结合物质。对细胞结合物质没有特别限制,只要该细胞结合物质是能够给柱121提供疏水性或电荷且能够俘获细胞或病毒的物质。例如,细胞结合物质可以是水接触角为70°-90°的疏水性物质,或给电荷物质。确定柱121表面疏水程度的代表性方法包括水接触角。当柱121表面的水接触角增加时,疏水程度增加。当含细胞或病毒的溶液与水接触角为70°-90°的疏水的柱121接触时,细胞或病毒通过与疏水柱121之间的疏水相互作用等结合在柱121上。亲水的柱121几乎不与细胞或病毒结合,如以下实施例所示。另外,当疏水柱121的水接触角低于或高于上述范围时,结合在疏水柱121上的细胞或病毒的数量下降(未示出结果)。疏水性物质的实例包括十八烷基三氯硅烷(OTS)、十三氟四氢辛基三甲氧基硅烷(DTS)、十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵(OTC)、聚乙烯亚胺三甲氧基硅烷(PEIxa0M),等等。将阴极123固定在阴极室119底部而不是柱121上。阴极123可以由能吸附氢气的金属形成。此时,由于阴极室119中无气体产生,阴极室119不需要气体出口。阴极123可以由能吸附氢气的任何金属形成,但阴极并不具体限于此。例如,阴极123可以由已知能吸附大量氢气的钯(Pd)形成(参见Bhadraxa0Munasiri,etxa0al.,J.Electroanal.Chem.,ppxa0333-337,1992)。例如,在使用Pd作为阴极123的情况下,Pd可以通过吸附因水的电解在阴极123附近产生的氢气而防止气体产生,而水的电解同时产生的OH^-离子可升高阴极123附近的溶液的pH。图2是根据本发明实施方案的微观流体装置的角向立体图。参见图2,微观流体装置包括,作为主要部件的阳极室基底213、阳极支持基底207、离子交换膜201和阴极室基底217。阳极室基底213包括形成阳极室215的空间、进口229a、出口231a、阴极孔225a和阳极孔227a。阳极支持基底207包括梯状开口209、形状对应于梯状开口209的阳极211、进口229b、出口231b、阴极孔225b和阳极垫227b。离子交换膜201包括进口229c、出口231c和阴极孔225c。阴极室基底217包括阴极室219、多个柱221、固定在阴极室219底部的阴极223、进口229d、出口231d和阴极垫225d。进口229a、229b、229c和229d对齐排列,出口231a、231b、231c和231d也对齐排列。另外,阴极孔225a、225b和225c,以及阴极垫225d对齐排列,阳极孔227a和阳极垫227b也对齐排列。图3A是在本发明实施方案的微观流体装置中柱321的上表面不完全结合在离子交换膜301上的情况下,流动的溶液流过柱321的上表面的现象的示意图。参见图3A,包含细胞或病毒的溶液完全在柱321的上表面上流动,即,细胞或病毒不能被柱321俘获,因此,不能实现含细胞或病毒的溶液的浓缩。图3B是在本发明实施方案的微观流体装置中柱321的上表面完全结合在离子交换膜301上的情况下,流动的溶液流过柱321的侧面的现象的示意图。参见图3B,和图3A显示的情况不同,当包含细胞或病毒的溶液流过柱321时,细胞或病毒可以被柱321俘获,因此,可以实现含细胞或病毒的溶液的浓缩。本发明实施方案的微观流体装置通过引入第一粘结层和第二粘结层解决了问题。在本发明实施方案的微观流体装置中,阳极室和阴极室指可以容纳物质(例如流体)的空间,且可以是能将物质放入亚微升空间的微室,但所述微室并不限于此。发明实施方案的微观流体装置不具体限于在特定的形式、结构、尺寸等。本发明实施方案的微观流体装置的阴极室和阳极室分别还包括引入和排放溶液的进口和出口,且还可以包括接收和排放溶液的微型泵。在本发明实施方案的微观流体装置中,可以将含有标准氧化电位高于或低于水的各类离子的溶液,即待电解的电解液,引入阳极室。标准氧化电位低于水的离子可包括至少一种选自NO₃^-、F^-、SO₄^2-、PO₄^3-和CO₃^2-的阴离子,标准氧化电位高于水的离子可以由包括Cl^-离子的电解液提供,但本发明并不限于此。如果引入阳极室的溶液包括标准氧化电位低于水的化合物,则当使用本发明实施方案的微观流体装置进行电解时,在阳极室中水发生电解,产生氧气和H⁺离子。此时,阳极室中溶液的pH因存在H⁺离子而下降。另一方面,如上所述,当使用标准氧化电位高于水且不和水反应的金属作为阳极时,该标准氧化电位高于水的金属被氧化而不会产生氧气。标准氧化电位高于水的Cl^-离子尤其最适合用于细胞溶解。在本发明实施方案的微观流体装置中,可以将含有细胞或病毒以及各种标准还原电位低于水的溶液引入阴极室中。离子的实例包括Na⁺、K⁺、Ca2⁺,Mg²⁺和Al³⁺等,但不限于此。因此,在使用本发明实施方案的微观流体装置进行电解时,水在阴极室电解中产生氢气和OH^-离子。此时,阴极室中的溶液因存在OH^-离子而达到较高的pH。另外,如上所述,当使用能吸附氢气的金属作为阴极时,产生的氢气被吸附,而无气泡产生。根据本发明的实施方案,细胞或病毒可包括细菌细胞、噬菌体、植物细胞、动物细胞、植物病毒、动物病毒等,但细胞或病毒的具体类型在此没有具体限定。图4是说明制造本发明实施方案的微观流体装置的方法的各个步骤的流程图。参见图4,首先制备阳极支持基底(410),该阳极支持基底包括梯形阳极并具有和梯形阳极形状对应的开口。图5是制备本发明实施方案的微观流体装置的阳极支持基底的示例性方法的示意图。参见图5,为了制备阳极支持基底,首先在PCB501上涂布光刻胶膜505,PCBxa0501事先已经涂布有金属503(步骤(b));透过具有被设计用于形成梯形阳极的图案的掩膜照射UV光,以便将光刻胶膜505曝光于UV光(步骤(c));以及显影图案(步骤(d))。接下来,蚀刻曝光的金属503(步骤(e)),并剥去光刻胶膜505(步骤(f))。然后,蚀刻曝光的PCB501以形成开口(步骤(g));以及在保留的金属503上涂布另一种金属507(步骤(h))。参见图4,随后将阳极室基底固定在阳极支持基底上,从而形成覆盖阳极(420)的阳极室。接着,阴极室基底形成阴极室并包括固定在阴极室(430)上的阴极,所述阴极室基底包括固体载体,例如多个柱。图6是说明制备本发明实施方案的微观流体装置的阴极室基底的方法的示意图。参见图6,为了制备阴极室基底,首先在硅晶片601上涂布光刻胶膜603(步骤(a)),透过具有被设计用于形成柱的图案的掩膜605照射UV光,并在掩膜605上显影图案(步骤(c))。随后,蚀刻曝光的硅晶片601,通过包括用电子束加热的真空蒸镀将金属607和609依次气相沉积在硅晶片601上(步骤(e)和(f))。然后,使用溶剂除去光刻胶膜603(此时,还除去光刻胶膜603上的金属607)(步骤(g)),在硅晶片601的金属609上电镀另一种金属611(步骤(h))。阴极室基底的制备还包括在形成的柱的表面上涂布细胞结合物质。再参见图4,然后在离子交换膜(440)的两侧分别形成第一粘结层和第二粘结层。第一和第二粘结层的形成可包括在离子交换膜的两侧旋涂粘合剂;将离子交换膜的一侧粘附在阳极支持基底上,同时用辊筒展开离子交换膜;以及将离子交换膜的另一侧结合在阴极室基底上。粘合剂在环境温度下可以为液体,当施加热或紫外光进行固化时可获得粘附性。在本发明的实施方案中,可以使用Dowxa0Corningxa0Primerxa01205作为粘合剂。接下来,将阳极支持基底粘附在第一粘结层上,并将阴极室基底粘附在第二粘结层(450)上。通过将阳极支持基底、离子交换膜和阴极室基底布置成阵列,并向该阵列施加热和压力,可以实现第一和第二粘结层与阳极支持基底和阴极室基底的粘附。此外,本发明提供了使用本发明实施方案的微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法。使用微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法包括:将含有标准氧化电位高于或低于水的多种离子的溶液引入微观流体装置的阳极室;将含有细胞或病毒及标准还原电位低于水的多种离子的溶液引入微观流体装置的阴极室;通过阳极和阴极施加电流,以诱导阳极室和阴极室中发生电解,并调节引入阳极室或阴极室的溶液的pH。标准氧化电位低于水的阴离子、标准氧化电位高于水的阴离子和标准还原电位低于水的阳离子的实例,以及细胞或病毒的实例如上所述。但是,步骤(a)和(b)可以同时进行或依次进行。通过改变所施加的电流的方向、所施加的电流的强度、电流施加的时间、电极的宽度或离子交换膜的厚度可以调节溶液的pH。所施加的电流的方向、所施加的电流的强度、电流施加的时间、电极的宽度和离子交换膜的厚度的精确值可以根据需要的pH、室的体积等改变,本领域的普通技术人员通过实验能够容易地确定这些参数。当将含有NaCl(其是生物样品溶液中含量最多的)的样品溶液引入阳极和阴极,然后电解时,在阳极室的氯离子而不是水被电解,产生氯气,从而,产生的质子的量比阴极室中产生的氢氧根离子的量少。该数量的质子是由氯气和水反应产生的,且根据溶解氯气的条件而改变,因此使得样品溶液的pH难以控制。为了解决这些问题,本发明在阳极室和阴极室中分别使用标准氧化电位低于水的化合物和标准还原电位低于水的化合物。然而,在仅仅溶解细胞的情况下,可以将包含NaCl的样品溶液引入阳极和阴极,然后电解,从而细胞可以在阴极溶解。根据本发明的实施方案,由于将含有标准还原电位低于水的化合物的阴极室用溶液引入阴极室,因此水在阴极室中被电解,以产生氢气和OH^-离子。另外,由于将含有标准还原电位低于水的化合物的阳极室用溶液引入阳极室,因此水在阳极室中被电解,以产生氧气和H⁺离子。结果,根据pH,阴极室中的溶液是碱性的,而根据pH,阳极室中的溶液是酸性的。另一方面,如上讨论的,当使用标准氧化电位高于水且不和水反应的金属作为阳极,且使用吸附氢气的金属作为阴极时,可以防止阳极室和阴极室中产生气体。在下文,将参考下列实施例详细描述本发明。然而,这些实施例仅仅用于说明性目的,而不意图用这些实施例限制本发明的范围。实施例1微观流体装置的制造使用硅晶片制备图2所示的阳极室基底。使用图5所示的方法制备阳极支持基底。PCB用作阳极支持基底,其上涂布铅作为阳极。阳极支持基底的宽度和长度分别为14mm和34mm,开口的宽度为1.0mm,横向单元电极的宽度为0.5mm。使用图6所示的方法制备阴极室基底。硅晶片用作基底,其上涂布钯作为阴极。图7A是本发明实施例中制备的阴极室基底717a的上表面的示意图。参见图7A,在阴极室基底717a上形成多个柱721a,除了柱721a之外,在阴极室的底部形成阴极719a,还提供和电源连接的阴极垫725a。在硅晶片上旋涂(500rpm,5s;700rpm,10s)Dowxa0Corningxa0Primerxa01205作为粘合剂,使用辊筒将含有-SO₃-Na⁺基团的阳离子交换膜粘附在硅晶片上,然后在其上旋涂(500rpm,5s;1500rpm,10s)Dowxa0Corningxa0Primerxa01205,以便在阳离子交换膜上形成第一粘结层和第二粘结层。Dowxa0Corningxa0Primer1205的特征在于,Dowxa0Corningxa0Primerxa01205在环境温度下具有和水同样低的粘度且没有粘性,但当向Dowxa0Corningxa0Primerxa01205施加热时,粘合剂固化并获得粘性。将上述制备的阳极室基底、阳极支持基底、阳离子交换膜和阴极室基底布置为阵列,并通过加热至120°C及施加1吨压力30分钟将它们结合在一起,以制备本发明的微观流体装置。制备的阴极室和阳极室的体积分别为10μl。实施例2-6微观流体装置的制备用和实施例1相同的方法制备实施例2-6的微观流体装置,不同之处在于阴极室基底的形状不同。图7B和7C分别是实施例2和实施例3制备的不同形状的阴极室基底的上表面的示意图。比较例1微观流体装置的制备用和实施例1相同的方法制备微观流体装置,不同之处在于,其中没有提供第一粘结层和第二粘结层。实验实施例1证实微观流体装置对含有细胞的样品的浓缩的影响证实使用实施例1-6和比较例1制备的微观流体装置俘获细胞对包含细胞的样品的浓缩的影响。使500μl含有Escherichiaxa0coil细胞、细胞浓度为2.5×10⁶细胞/ml的溶液以30μl/min的流速流过每个微观流体装置的阴极室,然后计数阴极室俘获的细胞数目,确定细胞的俘获比率。结果示于表1。如表1所示,使用本发明实施例制备的微观流体装置获得的细胞俘获比率大于90%。实验发现,当通过机械邻接微观流体装置的柱的上表面而不是用粘合剂结合柱的上表面来俘获细胞时,没有细胞被俘获。表1xa0xa0实施例1
xa0xa0实施例2
xa0xa0实施例3
xa0xa0实施例4
xa0xa0实施例5
xa0xa0实施例6
xa0xa0平均值
xa0xa0标准偏差
xa0比较例1
xa0xa089.61%
xa0xa089.24%
xa0xa090.53%
xa0xa090.45%
xa0xa090.49%
xa0xa090.23%
xa0xa090.1%
xa0xa00.5
xa0约0%
实验实施例2证实使用微观流体装置抽取DNA的效果考查使用实施例1-3和比较例1的微观流体装置抽取DNA的效果。使500μl含有Escherichiaxa0coil细胞的溶液以300μl/min的流速流过每个微观流体装置的阴极室,接着将10μlxa055mM的Na₂SO₄溶液引入阳极室,然后通过阴极和阳极施加2mA的电流30秒。完成上述电解之后,将20μlxa055mM的Na₂SO₄溶液引入阴极室,以再生保留在阴极室的溶液。随后,使用再生的溶液在相同的条件下进行PCR反应和电泳。使用Lapxa0Chip测量DNA浓度。图8是实验实施例2进行电泳获得的照片图,该图显示了证实在DNA抽取中使用本发明实施方案的微观流体装置抽取DNA的效果的结果。参见图8,使用细胞浓度为2.5×10⁶细胞/ml的E.coil细胞并采用实施例1的微观流体装置重复PCR反应三次的结果是,获得的DNA浓度为14.5ng/μl,20.6ng/μl和15.6ng/μl。另外,使用实施例2的微观流体装置以相同的方法获得的DNA浓度为19.2ng/μl,31.7ng/μl和22.1ng/μl,以及使用实施例3的微观流体装置以相同的方法获得的DNA浓度为14.4ng/μl,22.0ng/μ和20.7ng/μl。术语“直接PCR”指在不向微观流体装置中引入相同量的含E.coil细胞的溶液的情况下直接进行PCR反应获得的结果。用细胞浓度为2.5×10⁶细胞/ml的溶液获得的DNA浓度为3.4ng/μl,用细胞浓度为2.5×10⁷细胞/ml的溶液获得的DNA浓度为12.7ng/μl,用细胞浓度为6.25×10⁶细胞/ml的溶液获得的DNA浓度为29.9ng/μl。从这些结果发现,用相同浓度即2.5×10⁶细胞/ml的溶液得到的抽取DNA的平均浓度为20.09ng/μl,相比之下,显著高于使用相同细胞浓度的溶液进行直接PCR反应获得的DNA浓度3.4ng/μl。因此,可以看到,本发明实施方案的微观流体装置可以同时且有效地浓缩含细胞或病毒的样品及溶解细胞或病毒。如上述讨论的,本发明的微观流体装置可有效地浓缩含细胞或病毒的样品及溶解细胞或病毒,并且可以在单个室进行浓缩和溶解方法。因此,通过使用本发明的微观流体装置及使用本发明的微观流体装置浓缩包含细胞或病毒的样品和溶解细胞或病毒的方法,可以减小芯片实验室的尺寸。另外,当防止室分隔膜发生膨胀现象时,室体积的变化减小,可以方便地将预定体积的样品引入室内,而当阳极以梯形广泛分布时,电流更加容易流动,并且可以有效地进行pH调节。尽管参考其示例性实施方案已经具体显示并描述了本发明,但本领域的普通技术人员应认识到,在不偏离由权利要求书限定的本发明的精神和范围下,可以进行各种形式和细节上的改变。