集成芯片及其制作方法与单细胞俘获/培养方法

1.一种高通量单细胞俘获/培养集成芯片，包括硅基片(1)，与该硅基片(1)上下相贴合的上玻璃基片(2)、下玻璃基片(3)，三者键合成一体；其特征在于，在所述硅基片(1)上表面设有顶层流道(4)，顶层流道(4)两端分别开设不贯穿所述硅基片(1)的顶层流道入口(5)、顶层流道出口(6)，所述上玻璃基片(2)在顶层流道入口(5)、顶层流道出口(6)位置对应处分别开设贯穿上玻璃基片(2)，并分别与顶层流道入口(5)、顶层流道出口(6)相对接的顶层进液口(7)与顶层出液口(8)；所述硅基片(1)下表面设有底层流道(9)，底层流道(9)两端分别开设贯穿硅基片(1)的底层流道入口(10)、底层流道出口(11)，所述上玻璃基片(2)在底层流道入口(10)、底层流道出口(11)位置对应处分别开设贯穿上玻璃基片(2)，并分别与底层流道入口(10)、底层流道出口(11)相对接的底层进液口(12)、底层出液口(13)；所述上玻璃基片(2)下表面与硅基片(1)上表面相键合形成顶层流道腔，下玻璃基片(3)上表面与硅基片(1)下表面相键合形成底层流道腔，顶层流道腔、底层流道腔之间穿通该硅基片(1)厚度开设呈阵列分布的细胞俘获/培养单元(14)，每个细胞俘获/培养单元(14)的位于顶层流道腔的上开口与位于底层流道腔的下开口上下相通，上开口2倍以上地大于待俘获/培养的单细胞直径，下开口小于待俘获/培养的单细胞直径，所述高通量单细胞俘获/培养集成芯片仅通过呈阵列分布的细胞俘获/培养单元(14)将顶层流道腔、底层流道腔相联通，从而形成完整的芯片内部腔体结构。

2.如权利要求1所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述硅基片(1)上表面的顶层流道(4)从顶层流道入口(5)至顶层流道出口(6)呈经分多级细化分流后又经分多级粗化合流的布置方式，最细一级的各顶层流道(4)呈相互平行布置；所述硅基片(1)下表面的底层流道(9)从底层流道入口(10)至底层流道出口(11)也呈经分多级细化分流后又经分多级粗化合流的布置方式，最细一级的各也呈相互平行布置。

3.如权利要求2所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述硅基片(1)上表面的顶层流道(4)从顶层进液口(7)至顶层出液口(8)先分化为2条较细的顶层流道(4)，该2条顶层流道(4)继续分化成4条再细的顶层流道(4)，该4条顶层流道(4)继续分化成更细的8条顶层流道(4)，8条顶层流道(4)通过顶层流道(4)中间的细胞俘获/培养区域后，8条顶层流道(4)合并为较粗的4条顶层流道(4)，4条顶层流道(4)合并为再粗的2条顶层流道(4)，2条顶层流道(4)合并为更粗的单条顶层流道(4)，分化后的各顶层流道(4)之间设置有隔离，且位于流道中心的最细一级的8条顶层流道(4)相互平行布置；所述硅基片(1)下表面的底层流道(9)从底层流道入口(10)至底层流道出口(11)也先分化为2条较细的底层流道(9)，该2条底层流道(9)继续分化成4条再细的底层流道(9)，该4条底层流道(9)继续分化成更细的8条底层流道(9)，8条底层流道(9)通过底层流道(9)中间的细胞俘获/培养区域后，8条底层流道(9)合并为较粗的4条底层流道(9)，4条底层流道(9)合并为再粗的2条底层流道(9)，2条底层流道(9)合并为更粗的单条底层流道(9)，分化后的各底层流道(9)之间设置有隔离，且位于流道中心的最细一级的8条底层流道(9)也相互平行布置。

4.如权利要求1所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述硅基片(1)为厚度为300μm、表面为[100]晶面、双面抛光的硅基片(1)，所述硅基片(1)上表面的顶层流道(4)深20至30μm，宽度在100至700μm，保证高通量条件下细胞可以顺畅通过；所述硅基片(1)下表面的底层流道(9)深230至240μm，宽度在100至700μm，流道容积保证细胞培养溶液通过。

5.如权利要求1所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述每个细胞俘获/培养单元(14)呈倒金字塔形状，其上开口与下开口呈四边形，上开口是一个边长为60至70μm的正方形；比分化后的单流道的宽度略窄，保证细胞可以通过；位于硅基片(1)底层流道(9)上的下开口是一个边长为5至10μm的正方形，小于细胞直径，确保细胞被限制在细胞俘获/培养单元(14)中。

6.如权利要求5所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述细胞俘获/培养单元(14)给被俘获后的细胞提供足够的增殖空间，一个细胞俘获/培养单元(14)可容纳20至30个细胞。

7.如权利要求1所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，其特征在于，所述顶层流道(4)与底层流道(9)在硅基片(1)上表面、下表面呈现相互十字交叉布置，提高了硅基片(1)的面积利用，不同层交叉结构的设计有利于上、下层流道流速差的形成。

8.如权利要求1所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片的制作方法，包括可不分先后各自进行的硅基片(1)的制作和上玻璃基片(2)、下玻璃基片(3)的选用制作，及其三者的键合；其中，硅基片(1)的制作步骤包括：

9.如权利要求8所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片的制作方法，其特征在于，作为所述硅基片(1)的制作材料，采用硅基片(1)板状集合体，作为所述上玻璃基片(2)的制作材料，采用上玻璃基片(2)板状集合体，作为下玻璃基片(3)的制作材料，采用下玻璃基片(3)板状集合体，所述步骤十九采用将制备完成的硅基片(1)板状集合体和上玻璃基片(2)板状集合体、下玻璃基片(3)板状集合体对准键合，采用硅-玻璃阳极键合方式形成集成芯片板状集合体；再采用硅芯片切割机，沿着设计好的切割线，成批量地切割出单个集成芯片，完成高通量单细胞俘获/培养集成芯片的制作。

10.一种单细胞俘获/培养方法，其特征在于，使用如权利要求1至7任一项所述的高通量单细胞俘获/培养集成芯片，首先，通过所述顶层进液口(7)、底层进液口(12)向集成芯片顶层流道(4)与底层流道(9)中同时输入相同的不含细胞的细胞培养溶液，将芯片内部腔体充满后，暂停溶液的输入，并保持设定时间，完成对芯片的预处理；然后，通过所述顶层进液口(7)往芯片顶层流道(4)持续通入含有细胞的细胞培养溶液，其流速为流速a，于此同时，通过所述底层进液口(12)向芯片底层流道(9)持续通入不含细胞的细胞培养溶液，其流速为流速b，适当调整流速，使得顶层流道(4)、底层流道(9)中液体的流速满足：流速a小于流速b；在此条件下，顶层流道(4)中位于细胞俘获/培养单元(14)上的细胞在流速差的影响下会自发地向细胞俘获/培养单元(14)的下方开口处移动，最终细胞在流速差的作用下被这个小孔所吸附；在所有细胞俘获/培养单元(14)均有细胞被俘获时，向顶层流道(4)持续通入不含细胞的细胞培养溶液，流速不改变，培养液会将培养单元中多余细胞带出，确保每个细胞俘获/培养单元(14)中含有单个细胞，流动的培养液为细胞提供了营养条件，最终达到单细胞俘获、培养的目的；以上过程中，芯片内部腔体充满后多余的细胞培养溶液从通过顶层出液口(8)、底层出液口(13)溢出。

11.如权利要求10所述的单细胞俘获/培养方法，其特征在于，使用4根大小及长度合适的软管，软管的其中一端分别连接顶层进液口(7)、顶层出液口(8)、底层进液口(12)、底层出液口(13)，连接顶层进液口(7)的软管另一端经微型输送泵连接含有细胞或不含细胞的细胞培养溶液容器，连接底层进液口(12)的软管另一端经微型输送泵连接不含细胞的细胞培养溶液容器，由微型输送泵驱动完成所述细胞培养溶液向芯片内部腔体的输送过程；