技术领域
本公开涉及生物芯片技术领域，尤其涉及一种分离芯片和分离方法。
背景技术
生物活性物质的检测和分离对于疾病的诊断具有重要的意义。随着技术的发展，用于生物活性物质的检测的生物芯片在临床和科研中应用日渐广泛。
现有的生物芯片主要包括微流控生物芯片和介电泳生物芯片等。然而，微流控生物芯片和介电泳生物芯片每次只能分选出一种生物活性物质并检测其含量，技术人员无法获得分选出的生物活性物质并进行进一步的研究。所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种分离芯片和分离方法，其能够分选并获得目标物质。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的第一个方面，提供一种分离芯片，用于分离目标物质；所述分离芯片包括：
衬底基板；
电极层，设于所述衬底基板，具有至少一个电极；所述电极被构造成在断电时将吸附材料吸附至所述电极，在通电时使吸附材料脱离所述电极，所述吸附材料能够与所述目标物质特异性结合
盖板，设于所述电极层远离所述衬底基板的一侧，并与所述电极层之间形成一空腔；所述空腔覆盖所述电极；所述盖板上设置至少两个连通所述空腔的通孔。
在本公开的一种示例性实施例中，所述分离芯片还包括：
驱动电路层，设于所述衬底基板与所述电极层之间；所述驱动电路层包括至少一个开关器件，所述开关器件与所述电极一一对应连接。
在本公开的一种示例性实施例中，所述分离芯片还包括：
平坦化层，设于所述驱动电路层和所述电极层之间；所述平坦化层设置至少一个过孔，所述开关器件通过所述过孔与所述电极一一对应连接。
在本公开的一种示例性实施例中，所述开关器件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的漏极与所述电极连接，所述薄膜晶体管的源极用于与一电源连接，所述薄膜晶体管的栅极用于与一控制电路连接。
在本公开的一种示例性实施例中，所述电极层还包括：
绝缘部，设于所述电极层上所述电极之外的区域，且所述绝缘部远离衬底基板的一侧与所述电极远离所述衬底基板的一侧齐平。
在本公开的一种示例性实施例中，所述电极的数量为多个且相邻两个电极之间绝缘；所述分离芯片还包括所述吸附材料，
所述吸附材料的种类不大于所述电极的数量，每种所述吸附材料吸附于至少一个所述电极且每个所述电极吸附一种所述吸附材料。
在本公开的一种示例性实施例中，所述盖板的材料为透明材料。
在本公开的一种示例性实施例中，所述分离芯片还包括：
屏蔽层，覆盖于所述盖板靠近所述电极层的表面，或覆盖于所述盖板远离所述电极层的表面；所述屏蔽层的材料为透明材料。
在本公开的一种示例性实施例中，所述吸附材料为抗体或化学修饰的抗体。
在本公开的一种示例性实施例中，所述抗体为EpCAM及其抗体、CK及其抗体和CD45及其抗体中的至少一种。
在本公开的一种示例性实施例中，所述分离芯片还包括至少一根导线，各个所述导线与所述电极一一对应连接，用于向所述电极供电。
根据本公开的第二个方面，提供一种分离方法，用于通过上述的分离芯片分离所述目标物质；所述分离方法包括：
在断电条件下，将所述吸附材料吸附于所述电极；
在电极断电条件下，使含有所述目标物质的待分离流体流经所述空腔；
在电极通电条件下，使提取流体流经所述空腔；
获得流出所述空腔的提取流体。
本公开的分离芯片设置有吸附了吸附材料的电极，在电极断电条件下，可以将吸附材料吸附到电极上；在断电条件下，当含有目标物质的待分离流体流经空腔时，目标物质将与吸附材料结合而被吸附在电极上；当待分离流体全部流出空腔后，可以向空腔中导入提取流体且控制电极通电，此时吸附材料和其结合的目标物质脱离电极并分散到提取流体中，通过导出该提取流体可以获得从待分离流体中分离出的目标物质。本公开提供的分离芯片，不仅能够将目标物质从待分离流体中分选出来，而且能够将分选出的目标物质导出分离芯片，使得技术人员能够获得目标物质，便于技术人员进行进一步的分析和研究。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本公开的分离芯片一实施方式的立体结构示意图。
图2是本公开的分离芯片一实施方式的剖面结构示意图。
图3是本公开的分离芯片一实施方式的剖面结构示意图。
图4是本公开的分离芯片一实施方式的电极分布示意图。
图5是本公开的分离芯片一实施方式的吸附控制单元电路结构示意图。
图6是本公开的分离芯片一实施方式的吸附控制单元阵列分布示意图。
图7是本公开的分离芯片一实施方式的无源控制电路结构示意图。
图中主要元件附图标记说明如下：
1、衬底基板；2、电极层；21、电极；22、绝缘部；3、盖板；31、通孔；32、导管；41、封口部；42、空腔；5、驱动电路层；51、开关器件；6、平坦化层；61、过孔；7、屏蔽层；8、导电阵列；9、导线。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。
在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。
当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开实施方式提供一种分离芯片，用于分离目标物质。其中，目标物质可以为生物活性物质，包括但不限于各种蛋白质、多糖、多肽、细胞碎片、细胞器或细胞等具有生物活性的小分子化合物、单体物质或复合体等。技术人员清楚的是，该目标物质可以是一个单一的化合物或某一类化合物，也可以是具有能够与同一吸附材料特异性结合的功能基团的多种不同类型的物质或复合体。
如图1和图2所示，该分离芯片包括衬底基板1、电极层2、吸附材料和盖板3；电极层2设于衬底基板1，具有至少一个电极21；电极21被构造成在断电时将吸附材料吸附至电极21，在通电时使吸附材料脱离电极21，吸附材料能够与目标物质特异性结合；盖板3设于电极层2远离衬底基板1的一侧，并与电极层2之间形成一空腔42；空腔42覆盖电极21；盖板3上设置至少两个连通空腔42的通孔31。
在电极断电条件下，可以将吸附材料吸附到电极21上；在断电条件下，当含有目标物质的待分离流体流经空腔42时，目标物质将与吸附材料结合而被吸附在电极21上；当待分离流体全部流出空腔42后，可以向空腔42中导入提取流体且控制电极21通电，此时吸附材料和其结合的目标物质脱离电极21并分散到提取流体中，通过导出该提取流体可以获得从待分离流体中分离出的目标物质。本公开提供的分离芯片，不仅能够将目标物质从待分离流体中分选出来，而且能够将分选出的目标物质导出分离芯片，使得技术人员能够获得目标物质，便于技术人员进行进一步的分析和研究。
下面结合附图对本公开实施方式提供的分离芯片的各部件进行详细说明：
衬底基板1可以为无机玻璃基板、有机玻璃基板、金属基板等，技术人员可以根据分离芯片的要求选择相应的衬底基板1。衬底基板1的尺寸可以不小于电极层2，以能够实现对电极层2的支撑为准。在一实施方式中，在进行分离芯片的制备时，可以选择与一个分离芯片大小相匹配的衬底基板1，并在衬底基板1上制备电极层2和盖板3。在另一实施方式中，可以选择一尺寸可容纳多个分离芯片的基板板材，并在基板板材上制备阵列分布的多个电极层2，通过切割获得多个承载了电极层2的衬底基板1。
电极21可以选择金属材料、合金材料或者氧化铟锡等导电材料。举例而言，电极21可以选择金作为材料，以便于电极21与蛋白质、多肽等形成牢固的共价键。电极21的厚度以实现能够提供电场或者热场为准，电极21通电时产生电场或热场，使得吸附在电极21上的吸附材料在电场或热场作用下脱离电极21。举例而言，电极21的厚度可以为10nm。电极21可以通过沉积或电镀等方法制备，例如可以通过物理气相沉积的方法制备。
电极21可以制备成为需要的各种形状，例如可以为圆形、矩形、不规则多边形等。为了方便电极21的制备，在一实施方式中，如图4所示，电极21可以制备成矩形。
电极层2上设置多个电极21时，各个电极21之间相互绝缘，以便保证每个电极21均能独立控制。举例而言，各个电极21之间互不相连且存在空隙，如此各个电极21之间相互绝缘。由于间隙的存在导致电极层2不平整，为了减少流体流经电极层2表面时的湍流，在一实施方式中，可以在电极层2上电极21之外的区域设置绝缘部22，如图3所示，绝缘部22远离衬底基板1的一侧与电极21远离衬底基板1的一侧齐平。
为了保证电极21之间的绝缘部22分对待检测物质的竞争性吸附，在一实施方式中，可以在电极21之间部分用能够抑制待检测物质吸附的材料修饰。
电极21的数量不多于吸附材料的种类，使得每一个电极21上至多只吸附一种吸附材料且每种吸附材料吸附于至少一个电极21。举例而言，在一实施方式中，电极21的数量多于吸附材料的种类，则每个电极21上仅设置一种吸附材料，且多个不同的电极21上可以设置同一种吸附材料。如此，当待分离流体中所包含的一种难以与对应的吸附材料结合或者含量非常低的目标物质时，可以通过在多个电极21上吸附对应的吸附材料，提高对该目标物质的分离率。
在另一实施方式中，电极21的数量可以与吸附材料的种类数量相同，如此各种类吸附材料一一对应地吸附于电极21。
吸附材料可以为水凝胶、化学修饰的硅胶、蛋白质或化学修饰的蛋白质、核苷酸及其化学修饰物、磷脂及其多肽修饰物、多糖及其多肽修饰物等，也可以是上述材料的混合物，或者是其他具有类似功能的材料。
在一实施方式中，上述吸附材料可以为抗体，抗体可以直接吸附在电极上，也可以通过化学修饰后吸附到电极上，还可以被吸附或约束于骨架材料中且随着骨架材料吸附到电极上，或者通过其他方式吸附到电极上。根据目标物质的种类，技术人员可以选择适宜的抗体或抗体组合，或则通过化学方法对抗体进行修饰。举例而言，抗体可以为CK(细胞因子)及其抗体、CD45(白细胞共同抗原)及其抗体和EpCAM(上皮细胞粘附分子)及其抗体中的至少一种。
在另一实施方式中，该吸附材料可以为凝胶，例如可以是用于吸附腺苷、糖蛋白、酶等物质的P(NIPAAm-co-AAPBA)，也可以是用于吸附蛋白质的P(NIPAAm-co-VPBA)，这两种水凝胶均可以吸附在电极上，且随着电极通电产生热场而脱离电极。
在一实施方式中，吸附材料可以预先吸附在电极21上，如此在使用该分离芯片时，分离作业人员无需进行将吸附材料吸附到电极21上的步骤，提高了该分离芯片应用的简便性。同时，这也避免了分离作业人员难以将吸附材料准确吸附到对应的电极21上的问题，保证了吸附材料与电极21的位置对应精度。在另一实施方式中，该分离芯片可以不包括该吸附材料，分离作业人员可以获得与该分离芯片配套的吸附材料或者通过其他途径获得吸附材料，在进行分离作业前，分离作业人员将该吸附材料吸附到对应的电极上，然后分离目标物质。如此，分离作业人员不仅可以更加灵活的选择吸附材料和进行分离作业，而且可以避免吸附材料预先吸附到电极上可能导致的保存不便或者容易失效的问题。
当吸附材料的数量为多个时，本公开的分离芯片可以同时分选出多个目标物质，而且可以将分选出的多个目标物质逐一从分离芯片中取出，避免提供多个目标物质的混合物。举例而言，当吸附材料的种类为三个时，当待分离流体流经分离芯片的电极21表面，则三种吸附材料分别吸附一种目标物质，实现对三种目标物质的同时吸附。在导出待分离流体并导入提取流体后，控制第一种吸附材料对应的电极21通电，则第一种吸附材料在电场或热场作用下从对应的电极21上脱离并分散到提取流体中；同时，其他吸附材料对应的电极21保持断电，其他吸附材料依旧吸附在对应的电极21上；如此，该提取流体中仅包括第一吸附材料及对应的目标物质，通过导出该提取流体可以获得该目标物质。如此重复，依次获得其他两种目标物质。
吸附材料可以通过多种不同的方式吸附到电极21上。举例而言，当分离芯片的吸附材料种类为一种时，可以通过向该分离芯片的空腔42中导入含有该吸附材料的缓冲溶液并保持电极21断电，使得该吸附材料吸附到电极21上。当然的，还可以在将盖板3覆盖在电极层2上之前，通过滴液的方式将含有该吸附材料的缓冲溶液滴加到对应的电极21的位置，使得吸附材料吸附在电极21上。为了实现单一吸附材料吸附到分离芯片的电极21上，技术人员还可以选择其他可行的方式，对此，本公开实施方式不再一一列举。
当吸附材料种类为多个时，可以在将盖板3覆盖在电极层2上之前将吸附材料吸附到相应的电极21上。举例而言，在一实施方式中，可以将含有第一种吸附材料的缓冲溶液滴加至对应的电极21上，并使得该缓冲溶液不进入其他电极21对应区域，当第一种吸附材料吸附到对应的电极21上后，移除该缓冲溶液。然后，按照该方法依次将其他种类的吸附材料吸附到对应的电极21上。在另一实施方式中，每一种吸附材料制备成一种缓冲溶液，多种缓冲溶液分别滴加到对应的电极21上，且使得各个缓冲溶液不会进入其他电极21对应的区域，当吸附材料吸附到对应的电极21上后，移除各缓冲溶液。如此，可以使得各种类吸附材料同时吸附到对应的电极21上，节省分离芯片的制备时间。当然的，技术人员还可以选择其他可行的方式，使得多种吸附材料分别吸附到对应的电极21上。
盖板3可以通过封口材料与电极层2连接。该封口材料可以为封口胶、金属、合金等材料，技术人员可以根据需要进行选择。在盖板3与电极层2连接时，可以将封口材料涂覆在电极层2的边缘或者盖板3的边缘，然后将盖板3与电极层2对准后键合。如图2和图4所示，当盖板3与电极层2键合后，封口材料夹在电极层2与盖板3之间，形成环绕电极层2和盖板3边缘的封口部41。
盖板3的材料可以为透明材料，如玻璃、塑料、树脂等。如此，可以通过光学设备观察电极21上吸附的目标物质，使得该分离芯片同时具备分析检测的功能。
盖板3上的通孔31数量可以为两个或者两个以上。举例而言，如图2所示，在一实施方式中，盖板3上可以设置第一通孔和第二通孔两个通孔31，第一通孔作为空腔42的流体入口，第二通孔作为空腔42的流体出口。第一通孔和第二通孔可以设置在盖板3的两端或者相对的两角，以便使得流体在空腔42内的流经面积最大化。在另一实施方式中，盖板3上可以设置两组通孔31，每组通孔31均包括多个通孔31，一组通孔31呈直线排布地分布在盖板3的一端，另一组通孔31呈直线排布地分布在盖板3的另一端；两组通孔31的一组可以作为空腔42的流体入口，另一组可以作为空腔42的流体出口。两组直线排布的通孔31分布作为进液口和出液口，可以使得流体在空腔42内各位置的流动更为均匀，即有助于减小流体流动的死角，而且使得流体各部分在空腔42中的行程更为均匀，使得各个电极21面临的流体环境更为均一。
如图2和图3所示，空腔42由封口部41、电极层2和盖板3共同围绕而成。空腔42需要具有一定的厚度，使得流体能够在空腔42中流动。为了实现对电极21的充分利用，空腔42可以覆盖电极层2上的所有电极21。
如图3所示，本公开提供的分离芯片还可以包括驱动电路层5，驱动电路层5设于衬底基板1与电极层2之间；驱动电路层5包括至少一个开关器件51，开关器件51与电极21一一对应设置且连接。如此，可以通过开关器件51来控制电极21的通电与否。
如图1所示，为了实现对开关器件51的控制，该分离芯片还可以在驱动电路层5的边沿制备导电阵列8，导电阵列8用于控制开关器件51且具有金手指结构，以便作为分离芯片的外接线接口。该导电阵列8可以通过沉积、电镀等方法实现。
如图3所示，本公开提供的分离芯片还可以包括平坦化层6，平坦化层6设于驱动电路层5和电极层2之间；平坦化层6设置至少一个过孔61，开关器件51通过过孔61与电极21一一对应连接。
举例而言，如图5所示，该开关器件51可以为薄膜晶体管，薄膜晶体管与过孔61、电极21一一对应设置，各个薄膜晶体管的漏极通过对应的过孔61与对应的电极21连接，如此一个薄膜晶体管和对应的电极21组成一个吸附控制单元。各个薄膜晶体管的源极和栅极分别与导电阵列8连接，薄膜晶体管的源极能够通过导电阵列8与一电源连接，在薄膜晶体管导通时，该电源可以向电极供电；薄膜晶体管的栅极可以通过导电阵列8与一控制电路连接，该控制电路可以向栅极输出控制信号，进而控制薄膜晶体管的漏极与源极之间的导通与断开，进而控制对电极的通电和断电，最终实现对电极的电场或热场的控制。如图6所示，当目标物质为多种时，该分离芯片可以阵列地设置多个吸附控制单元，且可以通过有源控制的方式实现对每个吸附控制单元的独立控制。
平坦化层6可以为电极层2提供一个平坦的平面，便于电极21的布置。平坦化层6可以选用绝缘材料，如SiN、SiO2或PI(聚酰亚胺)等，以使得电极层2与驱动电路层5之间隔离且绝缘。
在平坦化层6上设置电极层2的方式有多种，技术人员可以根据生产状况进行选择。举例而言，在一实施方式中，可以在平坦化层6远离衬底基板1的一侧形成一金属层，然后通过涂胶、曝光、显影、刻蚀等半导体工艺，将该金属层图形化，保留的金属层部分作为电极21。为了使得电极层2表面平整，还可以在非电极21覆盖的平坦化层6区域覆盖一层绝缘层作为绝缘部22，绝缘部22的厚度与金属层的厚度相同。
在另一实施方式中，可以在平坦化层6上刻蚀出凹槽，然后将平坦化层6非凹槽部分用光刻胶保护，然后在整个表面形成一层金属层，该金属层的厚度与凹槽的深度相同。剥离光刻胶，则凹槽中的金属层作为电极21，与平坦化层6的表面持平。在该实施方式中，平坦化层6远离衬底基板1的一部分与电极层2同层设置。
如图1和图7所示，在本公开的其他实施方式中，电极层2的边沿可以设置导电阵列8，导电阵列8通过导线9连接对应的电极21；导线9与电极21可以同层设置，以便向电极21供电。如此，可以通过无源控制(passive manage)的方式控制各个电极21的通电与否。
如图2和图3所示，分离芯片还可以包括屏蔽层7，该屏蔽层7覆盖盖板3，且可以设于盖板3靠近衬底基板1的一侧，也可以设于盖板3远离衬底基板1的一侧。屏蔽层7选用导电材料，以避免分离芯片外部电荷对芯片产生干扰。为了便于从盖板3观察电极21上吸附的目标物质的情况，该屏蔽层7可以选择透明材料。举例而言，该屏蔽层7可以选择ITO(氧化铟锡)、石墨烯、CNT(碳纳米管)、IGO(铟镓氧化物)或IGZO(铟镓锌氧化物)等。
如图2和图3所示，该分离芯片还可以包括至少两个导管32，导管32可以一一对应的与通孔31连接。导管32可以用于与外部设备的连接，以便外部设备向分离芯片的空腔42注入流体或者从空腔42中导出流体。在一实施方式中，该导管32选用柔性材料，如此该导管32可以弯折，在将导管32与外部设备连接时，将不会导致分离芯片移位、承受过大应力或者发生损毁。在另一实施方式中，该导管32可以包括金属管和橡胶管，金属管直接与通孔31连接，橡胶管与金属管连接。
需要说明的时，在制备本公开实施方式的分离芯片时，既可以逐一的制备单个分离芯片，也可以先制备阵列分布有该分离芯片的整体结构，然后通过切割的形式形成单一的分离芯片。该阵列分布有该分离芯片的整体结构中，各个分离芯片的衬底基板1可以是一整块基板板材的一部分，且各个分离芯片的盖板3可以是一整块盖板3板材的一部分，在基板板材和盖板3板材之间阵列地分布有电极层2和与电极层2对应的空腔42。
本公开实施方式还提供一种分离装置，其包括上述的分离芯片。该分离装置用于控制分离芯片的工作，实现从待分离流体中分离目标物质。
在一实施方式中，该分离装置还包括控制器、液体泵和集液器，控制器与该分离芯片连接且用于控制电极21的通电与否，液体泵连接分离芯片的通孔31并控制流体流入空腔42和流出空腔42；集液器与液体泵连接并用于搜集从空腔42流出的、需要保留的提取流体。
在另一实施方式中，该分离装置可以包括多个所述分离芯片，以便提高该分离装置的提取目标物质的效率和速度。
本公开实施方式的分离装置采用的分离芯片与上述分离芯片的实施方式中的分离芯片相同，因此，具有相同的有益效果，在此不再赘述。
应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。