三维微流控芯片、其制备方法及其应用

摘要

本文涉及三维微流控芯片、其制备方法及其应用。具体而言，本文涉及一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。本文还涉及包括一个或多个U型坝的三维微流控芯片及其应用。本文通过不完全显影来制作三维微流控芯片的方法非常简单，同时极大的降低了对芯片加工平台的要求。

权利要求

1.一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构，其中三维结构的纵向尺寸即显影深度通过调节显影时间来控制。

2.根据权利要求1所述的用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，其中三维微流控芯片的单元间隔宽度d为2微米–100微米。

3.根据权利要求1或2所述的用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，其中三维微流控芯片的单元间隔宽度d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

4.一种三维微流控芯片，其通过如权利要求1-3中任一项所述的方法制作，其包括一个或多个U型坝，所述三维微流控芯片包括下述特征中的一项或多项：

1)所述U型坝的宽度为2微米–100微米，所述U型坝的深度为2微米–100微米，所述U型坝的高度为2微米–100微米；

2)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列；

3)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中所述多个U型坝在每列上对齐；

4)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中每一行的U型坝与相邻行的U型坝交错排列；

5)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝之间设置一个或多个突出物；

6)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝的底部留有缺口，即所述U型坝由中间留有空隙的两个相对的L型形成；

7)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，在每排和每列的U型坝数目相同，或者后一排的U型坝数目大于其前面一排的U型坝数目；

8)所述三维微流控芯片通过蛋白包被。

5.权利要求4所述的三维微流控芯片，所述三维微流控芯片包括下述特征中的一项或多项：

1)所述U型坝内部空间包括矩形、椭圆形、三角形、不规则形；

2)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，每行两个U型坝之间的平行间距为10微米–80微米，每列两个U型坝之间的垂直间距为10微米–100微米；

3)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝之间设置一个或多个突出物，所述突出物在所述U型坝的上方，在每行和每列两个U型坝之间，或者仅在靠近边缘的两列U型坝外侧设置；

4)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝的底部留有缺口，即所述U型坝由中间留有空隙的两个相对的L型形成，所述缺口的宽度小于10微米；

5)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中在第一排U型坝的上方设置突出物。

6.权利要求4或5所述的三维微流控芯片，所述三维微流控芯片包括下述特征中的一项或多项：

1)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，每列两个U型坝之间的垂直间距大于每行两个U型坝之间的平行间距；

2)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝之间设置一个或多个突出物，所述突出物的形状包括三角形，椭圆形，水滴状，圆形；

3)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝的底部留有缺口，即所述U型坝由中间留有空隙的两个相对的L型形成，所述缺口的宽度小于5微米。

7.权利要求4或5所述的三维微流控芯片，其中所述U型坝包括反向相邻设置的两个U型坝。

8.权利要求7所述的三维微流控芯片，其中所述U型坝包括反向相邻设置的两个U型坝呈H型。

9.权利要求8所述的三维微流控芯片，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小相同。

10.权利要求8所述的三维微流控芯片，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小不同，其中所述大小不同是指内部空间大小不同而呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的外侧尺寸相同。

11.权利要求10所述的三维微流控芯片，其中所述两个U型坝的深度不同。

12.权利要求8-11任一项所述的三维微流控芯片，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的底部留有缺口，即H型的中间存在缺口，从而所述H型上下是相通的。

13.权利要求4或5所述的三维微流控芯片，其用来捕获细胞，形成单细胞或多细胞阵列。

14.权利要求4或5所述的三维微流控芯片，其中所述蛋白为白蛋白。

15.权利要求4或5所述的三维微流控芯片，其中所述蛋白为牛血清白蛋白。

说明书

三维微流控芯片、其制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种三维微流控芯片，所述三维微流控芯片一次成型的加工工艺，以及三维微流控芯片的应用。

背景技术

[0002] 微流控技术是一种针对极小量的流体进行操控的系统科学技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台和技术装置。20世纪90年代，Manz提出了微全分析系统的概念，它的主要特点是将待分析样品的前处理、分离以及检测等步骤高度集成化，在一块芯片上完成。在潜在应用前景的鼓舞下，微流控技术得到快速发展。早期的微流控芯片多使用加工工艺较成熟的硅和玻璃，但由于其对加工工艺的要求较为严格，不利于大范围推广。随后，1998年哈佛大学Whitesides研究组提出用软蚀刻的概念，应用模型复制的快速成型法来加工制作微流控芯片。软蚀刻概念的提出，宣告了微流控芯片进入以聚二甲基硅氧烷(poly(dimethyl)siloxane，PDMS)为关键材料的时代，使得微流控技术的发展速度大大加快。微流控芯片由于其快速、高效、高通量、低耗材等特点，被广泛应用于检测、分析等相关的各个研究领域。

[0003] 在微流控芯片的实际应用中，经常需要用到三维微流控芯片，如细胞捕获，细胞三维环境的构建等。然而，利用传统的软蚀刻技术制作三维芯片，加工工艺复杂，仪器设备要求较高。

[0004] 传统软蚀刻技术制作三维微流控芯片需要进行二次光刻。首先，利用光刻掩膜进行第一次光刻，在硅片基底上“刻”上第一层图案；然后，用匀胶机在第一层图案上平铺上第二层光刻胶，换上第二张光刻掩模进行光刻，在第一层图案上“刻”上第二层图案。在进行二次光刻时，由于第二层图案需与第一层图案相互匹配，所以需要显微成像系统来确定第二张光刻 掩膜的位置。因此，一般只有昂贵的带有显微成像的光刻机才能制作三维微流控芯片。

[0005] 三维微流控芯片及其制备方法可以参见例如中国专利申请公开号CN102405411A、CN101970996A、CN102326077A、CN102686246A、CN102015998A、CN101479041A等文献的记载。

[0006] 本文提及的文献通过引用并入本文。

发明内容

[0007] 针对目前三维微流控芯片加工工艺复杂，仪器设备要求较高的现状，本发明通过改进传统的软蚀刻技术，利用不完全显影的方法，能够一步成型制备三维微流控芯片，极大的降低了对芯片加工平台的要求。

[0008] 在一些实施方案中，本文提供一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。

[0009] 在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维结构的纵向尺寸即显影深度通过调节显影时间来控制。

[0010] 在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d为2微米-100微米。

[0011] 在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

[0012] 在一些实施方案中，本文提供通过本文所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法制作的三维微流控芯片。在一些实施方案中，所述通过本文所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法制作的三维微流控芯片可以具有下文提及的一种或多种特征。

[0013] 在一些实施方案中，本文提供一种三维微流控芯片，其包括一个或多个U型坝，优选包括多个U型坝，所述三维微流控芯片包括下述特征中的一项或多项：

[0014] 1)所述U型坝的宽度为2微米-100微米，所述U型坝的深度为2 微米-100微米，所述U型坝的高度为2微米-100微米，优选的，所述U型坝内部空间包括矩形、椭圆形、三角形、不规则形；

[0015] 2)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，优选的，每行两个U型坝之间的平行间距为10微米-80微米，每列两个U型坝之间的垂直间距为10微米-100微米，优选的每列两个U型坝之间的垂直间距大于每行两个U型坝之间的平行间距；

[0016] 3)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中所述多个U型坝在每列上对齐；

[0017] 4)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中每一行的U型坝与相邻行的U型坝交错排列；

[0018] 5)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝之间设置一个或多个突出物，优选的所述突出物在所述U型坝的上方，优选的所述突出物在每行和每列两个U型坝之间，优选的所述突出物仅在靠近边缘的两列U型坝外侧设置，优选的所述突出物的形状包括三角形，椭圆形，水滴状，圆形；

[0019] 6)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，优选的所述U型坝的底部留有缺口，即所述U型坝由中间留有空隙的两个相对的L型形成，优选的所述缺口的宽度小于10微米，如小于5微米；

[0020] 7)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，在一些实施方案中，优选的在每排和每列的U型坝数目相同，在一些实施方案中，优选后一排的U型坝数目大于其前面一排的U型坝数目，优选在第一排U型坝的上方设置突出物；

[0021] 8)所述三维微流控芯片通过蛋白如白蛋白如牛血清白蛋白包被。

[0022] 在一些实施方案中，本文所述U型坝的形状没有特别限制，不限于U型，只要其包含能够用于捕获细胞的开口空间即可。在一些实施方案中，本文所述U型坝包括反向相邻设置的两个U型坝，例如呈H型。

[0023] 在一些实施方案中，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小相同。在一些实施方案中，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小不同，例如，所述两个U型坝的宽度和/或深度不同，优选的所述大小不 同是指内部空间大小不同而呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的外侧尺寸相同。

[0024] 在一些实施方案中，其中呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的底部留有缺口，即H型的中间存在缺口，从而所述H型上下是相通的。

[0025] 在一些实施方案中，所述三维微流控芯片可以用来捕获细胞，形成单细胞或多细胞阵列。

[0026] 本文所述的三维微流控芯片的制备方法不受特别限制，可以采用本领域已知的任何适当的方法，也可以采用本文描述的加工工艺。在一些实施方案中，优选的所述三维微流控芯片通过本文描述的方法产生。

[0027] 与本领域的其它方法相比，本发明的有益效果是：

[0028] (1)本发明方法的加工工艺简单，只需要进行一次光刻；

[0029] (2)本发明方法的仪器设备要求简单，只需要有简单紫外光源即可，不需要昂贵的光刻机。

附图说明

[0030] 图1是本发明三维微流控芯片加工工艺的流程示意图；其中1表示光刻掩模，2表示光刻胶(负性)，3表示硅片基底，4表示紫外照射后聚合的光刻胶，5表示未被完全溶解的光刻胶，6表示PDMS预朔体，7表示固化后的PDMS，d表示微结构特征尺寸；h表示显影深度，H表示三维芯片的厚度。

[0031] 图2是利用本发明制备的通道内带有“U”型坝阵列的三维微流控芯片示意图，以及该芯片用来捕获细胞的原理图；其中8表示微流控芯片进样口，9表示微流控芯片出口，10表示用于捕获细胞的“U”坝阵列微流控芯片，11表示细胞，12表示用本发明制作的带有三维结构的微流控芯片上基板，13表示微流控芯片下基板，其中图2a)表示利用本发明制作的“U”型阵列微管道的三维微流控芯片示意图；图2b)表示“U”型坝捕获细胞的原理示意图(正面)，图中箭头表示流场方向。当“U”型坝未被细胞占据时，流体能顺利从“U”型坝下面流过；当“U”型坝捕获到细胞时，能从“U” 型坝下面流过的流体急剧减小，从而流场将使后面的细胞避开被占据的“U”型坝而从其边上绕过去，进而可能被后面的坝捕获；图2c)所示为图2.b中“U”型坝捕获细胞原理侧面示意图。

[0032] 图3是本发明一些非限制性实施方案的示意图。其中，图3a)显示平行排列的U型坝示意图；图3b)显示在U型坝上方设置突出物的示意图；图3c)显示在基底的侧边缘设置突出物的示意图。

[0033] 图4是本发明一些非限制性实施方案的示意图。其中，图4a)显示交错排列的U型坝示意图；图4b)显示在U型坝上方设置多个突出物的示意图；图4c)显示在基底的侧边缘设置突出物的示意图，也显示每行设置不同数目U型坝的示意图。

[0034] 图5是本发明一些非限制性实施方案的示意图。图5中各种实施方案可以单独或组合存在。例如，图5显示以下任意一种或多种特征的组合：每行设置不同数目U型坝，U型坝可以为H型，H型坝上下两处所留空间大小可以相同(参见第二行)或不同(参见第三行)，U型坝底部可以设置缺口(参见第三至五行)，U型坝侧上方和/或基底的侧边缘可以设置突出物，U型坝可以在每列对齐或交错排列等等。

具体实施方式

[0035] 本发明实施方案的详细说明

[0036] 在一些实施方案中，本文提供一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。

[0037] 在一些实施方案中，本文提供的方法中的三维结构的纵向尺寸即显影深度通过调节显影时间来控制。

[0038] 在一些实施方案中，本文提供的方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d为2微米-100微米，例如所述尺寸可以是3微米-95微米，4微米-90微米，5微米-85微米，6微米-80微米，7微米-75微米，8微米-70微米，9微米-65微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米- 40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是2微米，3微米，4微米，5微米，6微米，7微米，8微米，9微米，10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围。

[0039] 在一些实施方案中，本文提供的方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

[0040] 在一些实施方案中，显影深度h为2微米-100微米，例如所述尺寸可以是3微米-95微米，4微米-90微米，5微米-85微米，6微米-80微米，7微米-75微米，8微米-70微米，9微米-65微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，
30微米-40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是2微米，3微米，4微米，5微米，6微米，7微米，8微米，9微米，10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围。

[0041] 在一些实施方案中，本文提供的方法通过控制模板硅片的显影时间t来控制选定区域微结构的显影深度h，使得选定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。在一些实施方案中，本文提供的方法包括利用超声来显影。在一些实施方案中，显影深度h接近(例如等于)或大于特征尺寸d，需要利用超声来显影。

[0042] 如果在一些实施方案中，显影时间t可以为10秒至30分钟或更多。在一些实施方案中，所述时间可以是每次超声的时间。在一些实施方案中，每次超声的时间可以是10秒，12秒，15秒，18秒，20秒，22秒，25秒，28秒，30秒，35秒，40秒，45秒，50秒，55秒，1分钟等。在一些实 施方案中，可以进行多次超声显影，例如1-20次或更多，例如1次，3次，5次，6次，8次，10次，12次，15次，18次，20次。在一些实施方案中，显影时间可以是10秒，15秒，20秒，25秒，30秒，40秒，50秒，1分钟，2分钟，3分钟，4分钟，5分钟，6分钟，7分钟，8分钟，9分钟，10分钟，12分钟，15分钟，18分钟，20分钟，25分钟，28分钟，30分钟，或更多，或者它们之间的任意范围。

[0043] 在一些实施方案中，例如，对于从表层开始显影h＝10微米，如果d大于50微米，可以轻晃3～5分钟左右进行显影；当d在30～50微米左右时，可以轻晃5～10分钟进行显影；；当d在20～30微米左右时，可以轻晃10～20分钟进行显影；当d小于20微米时，可以进行超声显影5～10次，每次30秒。

[0044] 在一些实施方案中，本发明的方法包括：

[0045] 根据所要加工的微流控芯片的规格参数，打印相应的光刻掩膜进行光刻；

[0046] 显影溶解未交联聚合的光刻胶时，通过控制显影的时间，使得特定区域的未聚合光刻胶不被完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶有三维结构；

[0047] 不完全显影后，模板硅片放到加热台上进行固化聚合。

[0048] 不完全显影的特定区域微结构的特征尺寸一般为2微米-100微米。

[0049] 显影深度h必然小于三维芯片的厚度H。

[0050] 不完全显影的时间主要由三维芯片特定区域微结构的特征尺寸决定。

[0051] 微结构特征尺寸d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

[0052] 在一些实施方案中，本文提供根据所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法制作的三维微流控芯片。

[0053] 在一些实施方案中，本文提供一种三维微流控芯片，其包括一个或多个U型坝，优选的包括多个U型坝。尽管为了说明的方便，在本文中使用“U型坝”的表述，但是该表述不是用于具体限制该结构的形状。在本文中使用术语“U型坝”可以指具有适合捕获细胞的空间的任何形状的容器，在一些实施方案中，如下文详细描述的，所述容器可以具有H型。在一些实施方案中，所述形状可以是半圆形，矩形，三角形，不规则形等。在一些 实施方案中，所述形状的底部可以是有开口的，即并不是封闭的形状。在一些实施方案中，如果所述容器是H型，则可以在中部开口，使得上下相通。

[0054] 在一些实施方案中，所述三维微流控芯片包括下述特征中的一项或多项(所述特征可以任意组合)：

[0055] 1)所述U型坝的宽度(U型坝内侧面之间的最大距离)为2微米-100微米，在一些实施方案中，例如所述尺寸可以是3微米-95微米，4微米-90微米，5微米-85微米，6微米-80微米，7微米-75微米，8微米-70微米，9微米-65微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米-40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，
20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是2微米，3微米，4微米，5微米，6微米，7微米，8微米，9微米，10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围；所述U型坝的深度(从U型坝顶至内侧底的最大距离)为2微米-100微米，在一些实施方案中，例如所述尺寸可以是3微米-95微米，4微米-90微米，5微米-85微米，6微米-80微米，7微米-75微米，8微米-70微米，9微米-65微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米-40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是2微米，3微米，4微米，5微米，6微米，7微米，8微米，9微米，10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围；所述U型坝的高度(距离基底向上凸起的高度)为2微米-100微米，在一些实施方案中，例如所述尺寸可以是3微米-95微米，4微米-90微米，5微米-85微米，6微米-80 微米，7微米-75微米，8微米-70微米，9微米-65微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米-40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是2微米，3微米，4微米，5微米，6微米，7微米，8微米，9微米，10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围；优选的，所述U型坝内部空间的形状不受任何限制，其包括矩形、椭圆形、三角形、不规则形；在一些实施方案中，所述U型坝的尺寸和/或不受特别限制，只要其是适合于捕获流经的细胞的尺寸和/或形状即可；

[0056] 2)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，优选的，每行两个U型坝之间的平行间距为10微米-80微米，在一些实施方案中，例如所述尺寸可以是10微米-75微米，10微米-60微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米-40微米，20微米-60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，
65微米，70微米，75微米，80微米以及它们之间的任意范围；每列两个U型坝之间的垂直间距为10微米-100微米，在一些实施方案中，例如所述尺寸可以是10微米-95微米，10微米-90微米，15微米-55微米，18微米-50微米，20微米-45微米，25微米-40微米，30微米-40微米，20微米一60微米，20微米-50微米，20微米-40微米，上述尺寸的上限和下限可以任意组合。在一些实施方案中，所述尺寸可以是10微米，12微米，15微米，18微米，20微米，22微米，25微米，
28微米，30微米，35微米，40微米，45微米，50微米，55微米，60微米，65微米，70微米，75微米，
80微米，85微米，90微米，95微米，100微米以及它们之间的任意范围；在一些实施方案中，优选的 每列两个U型坝之间的垂直间距大于每行两个U型坝之间的平行间距；在一些实施方案中，发明人已经发现如果U型坝之间的平行距离和/或垂直距离过大，则容易使捕获细胞的效率下降，而如果所述间距过小，则容易在流动中发生阻塞；在一些实施方案中，已经发现U型坝之间的平行距离为例如10-30微米(例如15-25微米，例如20微米)，并且垂直距离为
40-60微米(例如45-55微米，例如50微米)，可以获得大于65％的捕获效率并且不会发生阻塞，其特别有利于细胞的捕获；

[0057] 3)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中所述多个U型坝在每列上对齐；在一些实施方案中，通过对其U型坝，可以获得良好的流动效率，并降低阻塞的发生；

[0058] 4)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，其中每一行的U型坝与相邻行的U型坝交错排列；在一些实施方案中，交错排列的U型坝是优选的，其可以提高细胞捕获的效率；

[0059] 5)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，所述U型坝之间设置一个或多个突出物，优选的所述突出物在所述U型坝的上方，优选的所述突出物在每行和每列两个U型坝之间，优选的所述突出物仅在靠近边缘的两列U型坝外侧设置，优选的所述突出物的形状包括三角形，椭圆形，水滴状，圆形；在一些实施方案中，通过设置突出物，可以更有利的提高细胞的捕获效率，和/或降低阻塞的发生；在一些实施方案中，通过设置突出物和/或调节突出物的大小，可以有利的提高不同大小细胞的捕获率，从而更有利于获得目的细胞；在一些实施方案中，突出物的形状和大小不受限制，只要其适合于捕获目的细胞即可；

[0060] 6)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，优选的所述U型坝的底部留有缺口，即所述U型坝由中间留有空隙的两个相对的L型形成，优选的所述缺口的宽度小于10微米，如小于5微米；在一些实施方案中，通过设置缺口，可以更有利的提高细胞的捕获效率，和/或降低阻塞的发生；在一些实施方案中，通过设置缺口和/或调节缺口的大小，可以有利的提高细胞的捕获率5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，100％，200％，300％，500％；在一些实施方案中，缺口的形状和大小不受限制，只要其适合于提高捕获效率和/或流通速率即可；

[0061] 7)所述三维微流控芯片包括多个U型坝，所述多个U型坝排列成阵列，在一些实施方案中，优选的在每排和每列的U型坝数目相同，在一些实施方案中，优选后一排的U型坝数目大于其前面一排的U型坝数目，优选在第一排U型坝的上方设置突出物；优选的通过这样的一个或多种设置，可以有利的提高细胞的捕获效率，和/或降低阻塞的发生；

[0062] 8)所述三维微流控芯片通过蛋白如白蛋白如牛血清白蛋白包被；在一些实施方案中，通过包被蛋白，可以降低细胞在流动中的粘附，从而提高流动效率和/或更有利于获得目的细胞。在一些实施方案中，装置表面可以使用例如5-10％BSA在室温包被0.5-2小时。

[0063] 在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片中的所述U型坝包括反向相邻设置的两个U型坝，例如呈H型。在一些实施方案中，设置H型坝是有利的，这种设置可以用于研究细胞之间的相互作用，例如用于研究细胞的融合。在一些实施方案中，首先通过使细胞逆流(在本文中与附图中所示流动方向相反为逆流)，从而使得一部分细胞被捕获在开口朝下的U型坝中，然后在另一方先使得细胞顺流，此时原先捕获在开口向下的U型坝中的细胞和顺流的细胞同时被捕获在开口朝上的U型坝中，从而可以研究细胞之间的相互作用。在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片中的呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小相同。然而，优选的在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片中的呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的大小不同，例如，所述两个U型坝的宽度和/或深度不同，这种设置更有利于捕获两种不同细胞，用于研究细胞之间的相互作用。在一些实施方案中，优选的所述大小不同是指内部空间大小不同而呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的外侧尺寸相同。已经发现，通过这种设置，可以使得捕获两个细胞的效率达到70％以上，从而用于研究细胞之间的相互作用，例如细胞融合。在一些实施方案中，细胞融合可以通过本领域已知的任何方法进行，例如通过PEG诱导或电诱导进行。

[0064] 在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片中的呈H型的反向相邻设置的两个U型坝的底部留有缺口，即H型的中间存在缺口，从而所述H型上下是相通的。在一些实施方案中，通过这种设置，能够进一步提高捕获细胞的效率和/或提高细胞的流动性。

[0065] 在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片优选的可以用来捕获细胞。在一些实施方案中，通过捕获细胞形成单细胞或多细胞阵列。

[0066] 在一些实施方案中，本文所述的三维微流控芯片的整体大小形状没有特别限制，可以根据需要容易的制作。在一些实施方案中，可以在基底上制作成2x2毫米阵列，所述阵列可以包含例如大于1000个U型坝结构。在一些实施方案中，可以形成8x4毫米阵列，包含大于6000个U型坝结构。

[0067] 在一些实施方案中，可以通过任何适当的装置如泵装置使得含有细胞的样品通过本发明的三维微流控芯片。在一些实施方案中，样品可以放在在入口处，使用例如机械或人工注射器泵吸取，使得含有细胞的样品通过，从而有利的捕获细胞。在一些实施方案中，样品通过细胞的速度可以是10-100微米每秒。在一些实施方案中，所述三维微流控芯片的入口和出口可以相互交换，例如在H型芯片中，这样设置是特别优选的。在一些实施方案中，通过泵吸取是样品通过的速率可以大约为0.4-0.6微升每分钟，其大约对应于15-50微米每秒。在一些实施方案中，可以快速的完成细胞的捕获，例如可以在1-100秒，例如10-80秒，例如20-60秒，例如30-50秒内完成细胞捕获。在一些实施方案中，可以根据目的细胞的大小对本发明的三维微流控芯片设置进行适当调整。在一些实施方案中，为了研究细胞之间的相互作用，可以使用H型坝，并且可以使得上下用于容纳细胞的空间大小不同。例如，可以是的上部空间较大以容纳两个细胞，而下部空间较小，仅容纳一个细胞。在一些实施方案中，U型坝之间的平行和垂直距离进行适当调整，以防止细胞通过空隙流走，从而提高捕获效率。在一些实施方案中，可以通过设置U型坝空间的尺寸来符合研究单细胞或多细胞的目的，例如，已经发现大约10微米的深度可以使得捕获的细胞50％以上为单细胞。例如，在一些实施方案中，已经发现对于大约15微米左右大小的细胞(例如Hela细胞)，可以使用大约10微米的深度捕获单个细胞，使用更大的深度则可以捕获两个或更多个细胞，后者对于研究细胞相互作用是有利的。

[0068] 在一些实施方案中，通过本文提供的三维微流控芯片，可以提高细胞的捕获效率和/或提高操作速度。在一些实施方案中，所述捕获效率和/或 操作速度与不具备本发明所述一种或多种结构的三维微流控芯片相比提高5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，50％，80％，100％，200％，300％，500％，1000％，20倍，50倍，100倍，500倍，1000倍，或者更高。

[0069] 在一些实施方案中，本文提供的三维微流控芯片的制作方法不受特别限制，可以是本领域已知的任何适当方法，也可以是本文描述的方法。在一些实施方案中，优选的通过本文所述的一步成型制作三维微流控芯片的加工方法产生。

[0070] 以下结合附图对本发明进行进一步说明。

[0071] 图1是本发明三维微流控芯片加工工艺的流程示意图；其中1表示光刻掩模，2表示光刻胶(负性)，3表示硅片基底，4表示紫外照射后聚合的光刻胶，5表示未被完全溶解的光刻胶，6表示PDMS预朔体，7表示固化后的PDMS，d表示微结构特征尺寸，h表示显影深度，H表示三维芯片的厚度。

[0072] 如图1所示，一步成型三维微流控芯片的加工工艺，包括如下步骤：

[0073] (1)用匀胶机在硅片基底上均匀平铺上一层光刻胶，预烘干(pre bake)以蒸发溶剂，然后将根据需求将打印好的光刻掩膜平铺在光刻胶上。

[0074] (2)紫外照射(UV)使光刻掩膜透明部分下的光刻胶发生交联聚合。

[0075] (3)拿走光刻掩膜，将紫外照射后的模板硅片放到加热台上进行后烘干(post bake)，使光刻胶交联聚合更充分，然后将硅片放入显影液中溶解未交联聚合的光刻胶。这一步是本发明的关键步骤，我们通过显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，即让特定区域部分未进行交联聚合的光刻胶不被完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构，如图1中5所示。根据应用的要求，三维结构的显影深度h可以通过控制显影时间来准确调节，显影深度h必然小于微芯片的厚度H。显影深度h确定的情况下，显影时间主要由特定区域微结构的尺寸d所决定：微结构特征尺寸d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

[0076] (4)不完全显影后，再将硅片放到加热台上加固烘干(hard bake)，同时使未交联聚合的光刻胶自然聚合。此时，硅片及其表面剩下的光刻胶构 成了制作PDMS微流控芯片的阳模。

[0077] (5)将PDMS预朔体浇铸到表面经过惰性处理的模板硅片上，放入烘箱中使PDMS加速固化。

[0078] (6)将固化后的PDMS从模板硅片上揭下来，即得到三维微流控基板芯片，只需再将其与一片平板基板进行可逆或不可逆的密封即可制作成一片三维微流控芯片。

[0079] 图2为采用本发明制作的微流控芯片进行单细胞捕获。

[0080] 图2.a所示为利用本发明制作的“U”型阵列微管道的三维微流控芯片示意图。

[0081] 图2.b所示为“U”型坝捕获细胞的原理示意图(正面)，图中箭头表示流场方向。当“U”型坝未被细胞占据时，流体能顺利从“U”型坝下面流过；当“U”型坝捕获到细胞时，能从“U”型坝下面流过的流体急剧减小，从而流场将使后面的细胞避开被占据的“U”型坝而从其边上绕过去，进而可能被后面的坝捕获。

[0082] 图2.c所示为图2.b中“U”型坝捕获细胞原理侧面示意图。

[0083] 图3是本发明一些非限制性实施方案的示意图。图3a)显示平行排列的U型坝示意图；图3b)显示在U型坝上方设置突出物的示意图；图3c)显示在基底的侧边缘设置突出物的示意图。本发明的这些特征可以任意选择一种或多种进行组合，而并不必然选择图中示例的全部特征，也不仅限于图中示例的特征，其它本文描述的特征也可以适当的与图中示例的一种或多种特征组合，获得有利的方案。

[0084] 图4是本发明一些非限制性实施方案的示意图。图4a)显示交错排列的U型坝示意图；图4b)显示在U型坝上方设置多个突出物的示意图；图4c)显示在基底的侧边缘设置突出物的示意图，也显示每行设置不同数目U型坝的示意图。本发明的这些特征可以任意选择一种或多种进行组合，而并不必然选择图中示例的全部特征，也不仅限于图中示例的特征，其它本文描述的特征也可以适当的与图中示例的一种或多种特征组合，获得有利的方案。

[0085] 图5是本发明一些非限制性实施方案的示意图。图5中各种实施方案可以单独或组合存在。例如，图5显示以下任意一种或多种特征的组合： 每行设置不同数目U型坝，U型坝可以为H型，H型坝上下两处所留空间大小可以相同(参见第二行)或不同(参见第三行)，U型坝底部可以设置缺口(参见第三至五行)，U型坝侧上方和/或基底的侧边缘可以设置突出物，U型坝可以在每列对齐或交错排列等等。本发明的这些特征可以任意选择一种或多种进行组合，而并不必然选择图中示例的全部特征，也不仅限于图中示例的特征，其它本文描述的特征也可以适当的与图中示例的一种或多种特征组合，获得有利的方案。