專利名稱：基于線圈的生物粒子三維操縱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種生命科學技術領域的專用設備，尤其涉及的是一種基于線圈 的生物粒子三維操縱裝置。
背景技術：
在生命科學領域，對單個或數(shù)個生物粒子在無損傷條件下，實施俘獲、移動等操縱 是實現(xiàn)生物學對象操作、加工、測試的基礎，這種對生物粒子的微操縱方法在基因分析、染 色體和細胞分析、蛋白質(zhì)和核酸聚合分析、新物種產(chǎn)生等生命科學領域，具有重大的理論和 現(xiàn)實意義。經(jīng)過對現(xiàn)有的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Hakho L，Purdon A M，ffestervelt, R M在 IEEETransactionsonMagnetics(IEEE 磁學匯刊)，2004，40 (4) :2991_2993，發(fā)表了 論文 Micromanipulation of biological systems with microelectromagnets (微電磁鐵在生 物系統(tǒng)中的微操縱)，公開了一種磁鉗類生物粒子微操縱技術，該技術需要借助第三者即磁 性微球，即，磁性微球與生物粒子結合，通過外磁場控制磁性微球進而控制生物粒子，該技 術操作復雜，且不利于生物粒子的純度，容易引起生物粒子的污染，因此探索一種新型的非 接觸、不借助第三者(磁性微球)的生物粒子微操縱裝置，具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于線圈的生物粒子三維操縱 裝置，將抗磁懸浮技術用于生物微操縱，利用大多數(shù)生物粒子自身的抗磁性，借助磁阿基米 德效應和MEMS (Micro electromechanical Systems，微型機電系統(tǒng))技術，不需借助第三者 (如磁性微球)，在常溫、普通磁場環(huán)境下，便可實現(xiàn)非接觸、無機械或光損傷的生物粒子微 操縱。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括順磁性溶液、腔室、芯片，其中 腔室內(nèi)設有順磁性溶液，芯片和腔室相鍵合。所述的芯片上光刻設有線圈陣列。所述的順磁性溶液和生物粒子兼容，當生物粒子是順磁性時，順磁性溶液的磁化 率大于生物粒子的磁化率。所述的腔室是PDMSTolydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、SU_8膠或玻璃材 料，腔室內(nèi)壁覆有牛血清蛋白。本發(fā)明利用生物粒子的抗磁性或弱順磁性，將生物粒子放入與其兼容的順磁性溶 液中，當將其置于磁場環(huán)境時，生物粒子在豎直方向會受到重力、浮力和抗磁力，水平方向 會受到抗磁力和溶液對它的阻力，在合適的順磁性溶液中，生物粒子在豎直方向和水平方 向受力都會達到平衡，進而實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。線圈通電可產(chǎn)生磁場環(huán)境，根據(jù)這一原理，在不 同時刻給線圈陣列通不同的電流可以產(chǎn)生不同的磁場分布，生物粒子會隨著磁場分布的改 變而移動。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用了磁阿基米德效應，采用MEMS工 藝組裝構成操縱芯片，使得整體結構簡單、易于操控，在常溫、普通磁場環(huán)境下，便可實現(xiàn)非 接觸、無機械或光損傷的生物粒子微操縱。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是腔室的結構示意圖；圖3是芯片的結構示意圖；圖4為單個線圈的示意圖；其中a為三維圖；b為正視圖；圖5是生物粒子受力分析圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1，圖2和圖3所示，本實施例包括生物粒子1、順磁性溶液2、腔室3和芯片 4，其中腔室3內(nèi)設有順磁性溶液2，順磁性溶液2設有生物粒子1，芯片4和腔室3相鍵 合，芯片4上光刻設有線圈陣列5。如圖4所示，考慮到線圈內(nèi)部的引腳連接，需采用多層掩膜技術制作線圈陣列5。所述的順磁性溶液2和生物粒子1相容，當生物粒子1是順磁性時，順磁性溶液2 的磁化率大于生物粒子1的磁化率。所述的芯片4的表面涂覆設有PDMS，既可以保護線圈也利于與腔室3進行鍵合。所述的腔室3是PDMS、SU_8膠或玻璃制成，腔室3內(nèi)壁覆有牛血清蛋白。如圖5所示，初始時，生物粒子1位于順磁性溶液2中，這時生物粒子1只受到重 力和浮力的相互作用。線圈陣列5通電時，會產(chǎn)生磁場，生物粒子會受到磁場對它的一個抗 磁力，如圖4所示，生物粒子1在豎直方向會受到重力、浮力和抗磁力，水平方向受到溶液對 它的阻力和水平方向的一個抗磁力，生物粒子1受力平衡時，會穩(wěn)定懸浮，這時豎直方向滿 足方程(A-A) g = B竽^
dz //0其中P工、x工分別是生物粒子1的密度和磁化率，P 2、x 2分別是順磁性溶液2的 密度和磁化率，g是重力加速度，B是磁感應強度，z是豎直方向的位移，P ^是真空磁導率， 其值為 y 0 = 4 31 X 10_7H/m。從公式中可以看出，磁場分布變化時，原先平衡狀態(tài)遭到破壞，生物粒子1會發(fā)生 移動，運動到下一個平衡位置處。在不同時刻給線圈陣列中的不同線圈通不同的電流，改變 磁場分布，即可實現(xiàn)生物粒子的三維微操縱。
權利要求
一種基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，其特征在于，包括順磁性溶液、腔室和芯片，其中腔室內(nèi)設有順磁性溶液，芯片和腔室相鍵合，芯片上光刻設有線圈陣列。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，其特征是，所述的順磁 性溶液和生物粒子兼容。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，其特征是，所述的腔室 是PDMS、SU-8膠或玻璃。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，其特征是，所述的腔 室的內(nèi)壁覆有牛血清蛋白。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，其特征是，所述的芯片 的表面涂覆設有PDMS。
全文摘要
一種生命科學技術領域的基于線圈的生物粒子三維操縱裝置，包括順磁性溶液、腔室和芯片，其中腔室內(nèi)設有順磁性溶液，芯片和腔室相鍵合，芯片上光刻設有線圈陣列。本發(fā)明利用了磁阿基米德效應，采用MEMS工藝組裝構成操縱芯片，使得整體結構簡單、易于操控，在常溫、普通磁場環(huán)境下，便可實現(xiàn)非接觸、無機械或光損傷的生物粒子微操縱。
文檔編號C12M1/42GK101851577SQ20101014908
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月17日 優(yōu)先權日2010年4月17日
發(fā)明者劉武, 張衛(wèi)平, 李世鵬, 胡牧風, 陳文元 申請人:上海交通大學