具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示意性示出了根据本发明实施例的检测细胞膜电势的装置示意图。如图1所示，该检测细胞膜电势的装置包括：微流控芯片模块1、电压测量模块2、压力控制模块3。其中，电压测量模块2与微流控芯片模块1导电连接，压力控制模块3与微流控芯片模块1连接。

微流控芯片模块1为该检测细胞膜电势的装置的核心模块，该模块包括：绝缘承载体、绝缘衬底。

图2示意性示出了根据本发明实施例的该装置中微流控芯片模块结构的示意图。

如图2所示，绝缘承载体按照如图2所示的预设方向依次包括：细胞流入通道21、主压缩通道22、侧压缩通道23、细胞流出通道24；绝缘衬底上包含有金属电极25。

根据本发明的实施例，微流控芯片模块1通过绝缘承载体与绝缘衬底对准键合形成。

根据本发明的实施例，绝缘衬底上的金属电极25分别与绝缘承载体上的两侧压缩通道中的其中一侧压缩通道23和细胞流出通道24相应的位置对准键合，用以实现绝缘承载体中的其中一侧压缩通道23和主压缩通道22出口之间与外部电压测量模块的连接。

根据本发明的实施例，绝缘衬底上的金属电极25与上述其中一侧压缩通道23和细胞流出通道24之间的接触面积大于或等于100μm×100μm，以便于绝缘承载体与绝缘衬底的对准粘接。

根据本发明的实施例，细胞流入通道21的横截面积大于细胞直径均值～15μm，该细胞流入通道21的横截面大于或等于30μm×30μm，用于使细胞在该通道中快速流动，能够可连续地通过主压缩通道22，保证检测细胞膜电势时的细胞检测通量。

根据本发明的实施例，细胞流入通道21的通道长度为大于或等于5000μm，以保证方便于微流控芯片模块的打孔。

根据本发明的实施例，主压缩通道22用于细胞进入主压缩通道后初步压缩细胞，使得细胞更容易被吸入至主压缩通道的两侧的侧压缩通道23，同时还保证细胞不被过度压缩而发生破损，影响测量的有效性。

根据本发明的实施例，主压缩通道22的横截面宽度和高度均小于细胞直径均值～15μm，即，该主压缩通道22的横截面宽度和高度均为9μm～11μm，长度大于或等于最大尺寸细胞的拉伸长度，为100μm～200μm。

根据本发明的实施例，主压缩通道22的长度应保证细胞在检测位置时能维持相对稳定，也即，进行检测时，细胞全部处于主压缩通道22中，没有位于细胞流入通道21和细胞流出通道24中的部分。

根据本发明的实施例，侧压缩通道23设置于主压缩通道22的预设位置的两侧，靠近主压缩通道的预设位置处称为侧压缩通道23的前端位置，即，前端侧压缩通道；远离主压缩通道的预设位置处称为侧压缩通道23的后端位置，即，后端侧压缩通道。

根据本发明的实施例，前端侧压缩通道横截面宽度为2μm～4μm，高度与主压缩通道22一致，为9μm～11μm，长度为3μm～8μm；后端侧压缩通道横截面宽度为6μm～10μm，高度与主压缩通道一致，为9μm～11μm，长度为大于或等于5μm，即，后端侧压缩通道为一展宽结构。

根据本发明的实施例，侧压缩通道23中的前端侧压缩通道和后端侧压缩通道横截面尺寸有较大差异，使细胞穿行时由于突然失去通道内壁支撑发生破损，即，侧压缩通道23用于细胞流动至远离主压缩通道的预设位置处时，细胞膜发生局部破损。

根据本发明的实施例，侧压缩通道23中的前端侧压缩通道的横截面尺寸相对后端侧压缩通道横截面尺寸较小，有利于高阻封接的形成。

根据本发明的实施例，细胞流出通道24的结构特征与细胞流入通道21类似，其横截面积大于细胞直径均值～15μm，横截面积大于或等于30μm×30μm。细胞流出通道24用于回收检测过的细胞，以防止检测后的细胞堵塞主压缩通道22的出口。

电压测量模块2包括：数据采集卡和屏蔽线。

根据本发明的实施例，该电压测量模块2至少可以精确检测-100mV～100mV的电压信号、最小检测电压小于0.01mV、输入阻抗在10¹⁰Ω以上、采样率可达到100kS/s。

根据本发明的实施例，电压测量模块2与微流控芯片模块1连接的接口为连接有屏蔽线的金属钳或其他金属夹具。

压力控制模块3包括：压力校准仪和导气软管。

根据本发明的实施例，压力校准仪为需包含至少两个压力输出端口，并且能够通过手动控制输出-50kPa～50kPa之间的任意压强；压力校准仪通过导气软管与微流控芯片模块1中的电极进行连接。

根据本发明的实施例，通过提供的一种检测细胞膜电势的装置，解决了现有技术中检测细胞膜电势操作复杂，形成高阻封接困难，无法准确得到细胞膜电势的数值的技术问题，实现了细胞膜电势的直接、高通量检测。

在本发明的实施例中，该检测细胞膜电势的装置中微流控芯片模块作为其核心模块，下面具体说明针对于本发明而加工的微流控芯片模块的加工方法。

图3和图4示意性示出了根据本发明实施例的该装置中微流控芯片模块的加工流程图以及其加工方法的流程示意图。

结合图3和图4所示，微流控芯片模块的加工方法包括操作S401～S405。

在操作S401，在第一衬底上形成主压缩通道与侧压缩通道的阳膜，得到包含主压缩通道与侧压缩通道的阳膜的第一衬底。

根据本发明的实施例，第一衬底为硅衬底，在硅衬底上旋涂一层AZ 5214E光刻胶，对涂有AZ 5214E光刻胶的硅衬底进行前烘、曝光、反转烘、泛曝光、显影等工艺，形成主压缩通道和侧压缩通道的掩膜，如图3中a-d图所示。

根据本发明的实施例，对形成主压缩通道和侧压缩通道的掩膜进行深刻蚀，刻蚀结束后去除剩余的掩膜，形成主压缩通道与侧压缩通道的阳膜，如图3中e图所示。

在操作S402，在得到包含主压缩通道与侧压缩通道的阳膜的第一衬底上形成细胞流入通道和细胞流出通道的阳膜，得到包含特定结构阳膜的第一衬底。

根据本发明的实施例，在已形成主压缩通道与侧压缩通道的阳膜的硅衬底上继续旋涂一层SU8-25光刻胶，对涂有SU8-25光刻胶的硅衬底进行前烘、曝光、后烘、显影、坚膜等工艺，形成细胞流入通道和细胞流出通道的阳膜，如图3中f-h图所示。

在操作S403，基于模塑工艺使用浇筑用混合液对包含特定结构阳模的第一衬底进行浇筑，固化脱模得到包含微流控通道的承载体。

根据本发明的实施例，特定结构阳膜包括具有压缩通道与侧压缩通道的阳膜和细胞流入通道和细胞流出通道的阳膜，即，微流控通道阳膜。

根据本发明的实施例，浇筑用混合液为一定体积的聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。

根据本发明的实施例，在制作好的模具上浇筑混合液后进行固化，固化预设时间段后进行脱模得到包含微流控通道的承载体，即，微流控芯片模块中绝缘承载体部分，如图3中i-j图所示。

在操作S404，在第二衬底上制作金属电极，得到含有金属电极的第二衬底。

根据本发明的实施例，第二衬底为玻璃衬底，在玻璃衬底上旋涂一层AZ 1500光刻胶，对涂有AZ 1500光刻胶的玻璃衬底进行前烘、曝光、显影等工艺，形成图形化的光刻胶，即有电极位置无胶、无电极位置有胶，如图3中l图所示。

根据本发明的实施例，在包含图形化光刻胶的第二衬底上溅射金属Cr/Au，如图3中m图所示；溅射工艺完成进行剥离，获得含有金属电极的第二衬底，即，微流控芯片模块中绝缘衬底部分，如图3中n图所示。

在操作S405，在包含微流控通道的承载体相应位置打孔，与含有金属电极的第二衬底对准键合，形成微流控芯片模块。

根据本发明的实施例，将得到的包含微流控通道的承载体(如图3中j图所示)相应位置打孔，与步骤S404中得到的含有金属电极的第二衬底(如图3中n图所示)进行对准键合，完成微流控芯片模块的加工(如图3中o图所示)。

根据本发明的实施例，通过设计针对于本发明的检测细胞膜电势的核心装置，可以实现细胞膜电势的直接、高通量检测。

图5示意性示出了根据本发明实施例的基于检测细胞膜电势的装置的检测方法的流程示意图。

如图5所示，基于检测细胞膜电势的装置的检测方法的流程包括操作S501～S505。

在操作S501，微流控芯片模块分别与电压测量模块及压力控制模块进行连接。

根据本发明的实施例，电压测量模块的测量端分别通过屏蔽线连接微流控芯片模块中其中一侧压缩通道和主压缩通道出口对应的片上电极；压力控制模块的两个压力输出端通过导气软管，分别连接微流控芯片模块的两个侧压缩通道、细胞流出通道。

在操作S502，将微流控芯片模块中注满预设溶液，防止压力控制模块对细胞施压时产生气泡。

根据本发明的实施例，预设溶液为细胞培养基或者磷酸盐缓冲液，将细胞培养基或者磷酸盐缓冲液注满微流控芯片中的所有通道，以防止压力控制模块对微流控芯片模块中的两个侧压缩通道和细胞流出通道施加压力时产生气泡，影响细胞通过微流控芯片模块。

在操作S503，在微流控芯片模块中的细胞流入通道注入细胞悬浮液，利用压力控制模块对两侧压缩通道以及主压缩通道分别施加负压，驱动细胞流入主压缩通道和侧压缩通道。

在操作S504，在细胞流动至侧压缩通道的展宽结构时，细胞会发生局部破损，进行检测后流入细胞流出通道。

根据本发明的实施例，细胞在主压缩通道穿行，使细胞受到初步压缩，在经过侧压缩通道时进入其中，细胞在侧压缩通道中穿行，由于后端侧压缩通道横截面尺寸相对前端侧压缩通道较大，细胞达到后端侧压缩通道展宽结构时，由于突然失去侧压缩通道内壁支撑，会发生局部破损。检测后的细胞会通过细胞流出通道流出主压缩通道。

在操作S505，细胞在微流控芯片模块流动的过程中，利用电压测量模块持续测量分别连接单一侧压缩通道和主压缩通道出口处的电极之间的电压，获得细胞的细胞膜电势原始电压数据。

根据本发明的实施例，将获得的细胞膜电势原始电压数据进行数据处理。利用细胞在侧压缩通道展宽结构处细胞膜破损后的等效电学模型，可将细胞膜电势原始电压数据转换为单个细胞的细胞膜电势。

例如，图6中图(a)示意性示出了根据本发明实施例的细胞在侧压缩通道远端膜破损后的等效电学模型，以及图(b)为图(a)的等效电路。

结合图6中(a)和(b)所示，其中，V_m为位于主压缩通道中出口方向细胞膜的电势、R_m为位于主压缩通道中出口方向细胞膜的电阻、C_m为位于主压缩通道中出口方向细胞膜的电容、R_cy为位于电路中的部分细胞质电阻、V_lj为侧压缩通道远端细胞膜破损后压缩通道中的细胞培养基(细胞外液)与细胞内液之间的液接电位、R_ch1为侧压缩通道中电极与细胞之间溶液的电阻、R_ch2为主压缩通道中电极与细胞之间溶液的电阻、R_seal为考虑到细胞与压缩通道之间不能完全贴合而引入的封接电阻、R_v为电压测量模块中的数据采集卡测量通道的输入阻抗。

根据本发明的实施例，电路中V_lj数值可根据实验时压缩通道中溶液成分计算得到，且数值在～1-10mV量级，比细胞膜电势V_m的数值小一个量级；R_cy数值为～1MΩ量级；由于侧压缩通道横截面积足够小，R_seal数值可达到～10MΩ量级；R_ch1+R_ch2为～1MΩ量级；R_v可达到～1GΩ量级。

根据本发明的实施例，细胞膜破损瞬间数据由电压测量模块中的数据采集卡采集，其电压值为V_V，由于则R_seal两端电压可近似为V_v，而R_seal＞＞R_cy，故细胞膜电势V_m绝对值为：

V_m＝V_v+V_lj

根据本发明的实施例，细胞膜电势方向为细胞内侧是负电压。由于片上电极与溶液的接触，形成双电层后同样会产生电势差，在本发明中两端测量电极连接的溶液完全相同，电路中由于双电层产生的两个电势差等大反向，可互相抵消，不影响细胞膜电势的测量。

根据本发明的实施例，通过提供一种检测细胞膜电势的装置及其检测方法和该装置中一种微流控芯片模块的加工方法，解决了现有技术中检测细胞膜电势操作复杂，形成良好封接困难，无法得到细胞膜电势的准确数值的技术问题，利用本装置中的电压测量模块记录得到的电压值即可计算得到细胞膜电势数值，实现了直接测量；检测过程中，细胞连续通过检测区域，保证了细胞膜电势的高通量检测。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。