一種微流控芯片裝置及其微流道結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微流控芯片裝置及其微流道結(jié)構(gòu)，其中，微流道結(jié)構(gòu)包括不對稱聚焦彎道、直聚焦流道及鞘液流道，其中，不對稱聚焦彎道的第一端與樣品液入口連通；直聚焦流道的第一端與不對稱聚焦彎道的第二端連通，第二端與混合液出口連通；鞘液流道包括關(guān)于直聚焦流道對稱的左流道和右流道，左右流道的第一端均與鞘液入口連通，左流道及右流道的第二端分別從兩側(cè)與直聚焦流道連通；上述微流道結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)可以采用鞘液流聚焦和迪恩流聚焦相互配合的方式，不同粒徑的顆粒先在不對稱聚焦彎道中第一次聚焦各自形成一條直線，然后在直聚焦流道中受兩對稱鞘液流的第二次聚焦作用，全部聚焦于直聚焦流道的中心線上，從而達(dá)到改善聚焦效果的目的。
【專利說明】
一種微流控芯片裝置及其微流道結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微流控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微流控芯片裝置及其微流道結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控是一項(xiàng)在非常小的尺度下控制微流流動的技術(shù)，能夠把化學(xué)和生物等學(xué)科中所涉及到的一系列流程如樣品制備、化學(xué)反應(yīng)、分離、檢測集中到一塊只有幾個平方厘米甚至更小的芯片上完成。由于微流控芯片是利用微尺度下流體的流動性質(zhì)來進(jìn)行各項(xiàng)操作，并使用各種主動或者被動的操作技術(shù)控制流體在芯片內(nèi)部的流動，由微通道形成的網(wǎng)絡(luò)，使得樣品在芯片內(nèi)部流動時(shí)處于層流和低雷諾數(shù)的情況，以達(dá)到精確操控樣品的目的。
[0003]目前微流控技術(shù)中，在微流道上聚焦固體顆粒的方法一般分為主動式聚焦和被動式聚焦兩類，其中，主動式聚焦是采用外力(例如磁場、電場、光等)對固體顆粒進(jìn)行操縱，但外力會對固體顆粒(如生物微粒等)的生理活性和功能狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，會對檢測結(jié)構(gòu)造成不良影響;被動式聚焦有鞘液流聚焦和迪恩流聚焦等方式。鞘液流聚焦效果不理想，難以使固體顆粒聚焦到單一運(yùn)動軌跡上流動，且不能使得固體顆粒等間距排列。
[0004]迪恩流聚焦是利用溶液在不對稱聚焦彎道中流動時(shí)產(chǎn)生的離心力引發(fā)二次渦流對溶液中的顆粒施加迪恩拖曳力，同時(shí)溶液中的顆粒還受到慣性流的慣性舉力，這樣，溶液中的顆粒通過慣性舉力和迪恩拖曳力的共同作用在微流道內(nèi)的固定位置達(dá)到平衡，而且同一尺寸的微粒在相同條件下運(yùn)動的軌跡是一致的，因此利用迪恩流聚焦原理就可以實(shí)現(xiàn)同一微粒在通道內(nèi)按照相同的軌跡運(yùn)動并排列成行，從而實(shí)現(xiàn)微粒的慣性聚焦，請參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中不對稱聚焦彎道的結(jié)構(gòu)示意圖，上述的不對稱聚焦彎道100由多個大彎道110和多個小彎道120交替連接構(gòu)成，大彎道110和小彎道120的彎曲方向相反;但是當(dāng)固體顆粒粒徑不均時(shí)，迪恩流聚焦不能夠?qū)⒉煌降念w粒聚焦到同一直線上，聚焦效果較差。
[0005]因此，如何提供一種微流道結(jié)構(gòu)，使其能夠使不同粒徑的顆粒處于同一直線上，改善聚焦效果，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微流控芯片裝置及其微流道結(jié)構(gòu)，以達(dá)到使其能夠使不同粒徑的顆粒處于同一直線上，改善聚焦效果的目的。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種微流道結(jié)構(gòu)，包括:
[0009]不對稱聚焦彎道，所述不對稱聚焦彎道的第一端與樣品液入口連通；
[0010]直聚焦流道，第一端與所述不對稱聚焦彎道的第二端連通，第二端與混合液出口連通；
[0011 ]鞘液流道，包括關(guān)于所述直聚焦流道對稱的左流道和右流道，所述左流道及所述右流道的第一端均與鞘液入口連通，所述左流道以及所述右流道的第二端分別從兩側(cè)與所述直聚焦流道連通。
[0012]優(yōu)選地，所述不對稱聚焦彎道的第一端通過入口緩沖流道與所述樣品液入口連通。
[0013]優(yōu)選地，所述不對稱聚焦流道、所述直聚焦流道、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道的橫截面均為矩形，且上述各流道高度一致。
[0014]優(yōu)選地，所述不對稱聚焦流道、所述直聚焦流道、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道的高度均為50μηι?ΙΟΟμπι。
[0015]優(yōu)選地，所述直聚焦流道、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道的寬度為300μπι?500μπιο
[0016]優(yōu)選地，所述不對稱聚焦彎道的大彎道的寬度為350μπι?650μπι，曲率半徑為780μπι?ΙΟΟΟμηι，所述不對稱聚焦彎道的小彎道的寬度為200μηι?350μηι，曲率半徑為150μηι?500μmD
[0017]優(yōu)選地，所述左流道或者所述右流道中鞘液流動方向與所述直聚焦流道中樣品液流動方向的夾角α滿足40° < α < 90° ο
[0018]一種微流控芯片裝置，包括:
[0019]芯片本體；
[0020]設(shè)置于所述芯片本體內(nèi)且如上任一項(xiàng)所述的微流道結(jié)構(gòu)，所述樣品液入口、所述混合液出口以及所述鞘液入口均開設(shè)在所述芯片本體的上表面上。
[0021]優(yōu)選地，還包括輸送裝置以及提取裝置，所述輸送裝置包括與所述樣品液入口連通的第一輸送栗以及與所述鞘液入口連通的第二輸送栗，所述提取裝置與所述混合液出口連通。
[0022]優(yōu)選地，所述芯片本體包括:
[0023]基板，其上表面上開設(shè)有所述微流道結(jié)構(gòu)；
[0024]蓋板，覆蓋在所述基板的上表面上，且所述樣品液入口、所述混合液出口以及所述鞘液入口開設(shè)于所述蓋板上。
[0025]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的微流道結(jié)構(gòu)，包括不對稱聚焦彎道、直聚焦流道以及鞘液流道，其中，不對稱聚焦彎道的第一端與樣品液入口連通;直聚焦流道的第一端與不對稱聚焦彎道的第二端連通，第二端與混合液出口連通;鞘液流道包括關(guān)于直聚焦流道對稱的左流道和右流道，左流道及右流道的第一端均與鞘液入口連通，左流道以及右流道的第二端分別從兩側(cè)與直聚焦流道連通；
[0026]在使用時(shí)，向不對稱聚焦流道中注入具有顆粒的樣品溶液，樣品溶液經(jīng)過不對稱聚焦流道后進(jìn)入直聚焦流道，這時(shí)，由于在不對稱聚焦流道中受到慣性舉力以及迪恩拖曳力的作用，樣品溶液中不同粒徑的顆粒各自排列成一條直線，并且由于慣性舉力以及迪恩拖曳力的平衡位置靠近大彎道的外側(cè)和小彎道的內(nèi)側(cè)，所以流出不對稱聚焦彎道的顆粒隊(duì)列并不在直聚焦通道中心線上，而是會偏離中心線靠近直聚焦通道的一側(cè);與此同時(shí)，向鞘液流道中注入鞘液，鞘液分成兩股，分別從左流道以及右流道匯入直聚焦流道，在左右鞘液流的聚焦作用下，能夠?qū)⒉煌降念w粒全部聚焦在直聚焦流道的中心線上；
[0027]由此可見，上述的微流道結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)可以采用鞘液流聚焦和迪恩流聚焦相互配合的方式，不同粒徑的顆粒先在不對稱聚焦彎道中第一次聚焦各自形成一條直線，然后在直聚焦流道中受兩對稱鞘液流的第二次聚焦作用，全部聚焦于直聚焦流道的中心線上，從而達(dá)到改善聚焦效果的目的，并且通過控制鞘液的流量，能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒之間間距的改變，能夠進(jìn)一步的改善聚焦效果，除此之外，上述所使用的鞘液可以與樣品溶液的溶劑一致，并且整個操作過程中均是通過流體力學(xué)原理對顆粒進(jìn)行操縱聚焦，不會對顆粒的生理活性和功能狀態(tài)等廣生不利影響，有助于提尚檢測的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中不對稱聚焦彎道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流道結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流道結(jié)構(gòu)中左流道及右流道與直聚焦流道連接處的局部放大示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流控芯片裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明提供了一種微流道結(jié)構(gòu)，以達(dá)到使其能夠使不同粒徑的顆粒處于同一直線上，改善聚焦效果的目的。
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]請參閱圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流道結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微流道結(jié)構(gòu)，包括不對稱聚焦彎道1、直聚焦流道4以及鞘液流道。
[0037]其中，不對稱聚焦彎道I的第一端與樣品液入口3連通;直聚焦流道4的第一端與不對稱聚焦彎道I的第二端連通，第二端與混合液出口 6連通;鞘液流道包括關(guān)于直聚焦流道4對稱的左流道8和右流道5，左流道8及右流道5的第一端均與鞘液入口 7連通，左流道8以及右流道5的第二端分別從兩側(cè)與直聚焦流道4連通。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的微流道結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)，向不對稱聚焦流道中注入具有顆粒的樣品溶液，樣品溶液經(jīng)過不對稱聚焦流道后進(jìn)入直聚焦流道4，這時(shí)，由于在不對稱聚焦流道中受到慣性舉力以及迪恩拖曳力的作用，樣品溶液中不同粒徑的顆粒各自排列成一條直線，并且由于慣性舉力以及迪恩拖曳力的平衡位置靠近大彎道的外側(cè)和小彎道的內(nèi)側(cè)，所以流出不對稱聚焦彎道I的顆粒隊(duì)列并不在直聚焦通道中心線上，而是會偏離中心線靠近直聚焦通道的一側(cè);與此同時(shí)，向鞘液流道中注入鞘液，鞘液分成兩股，分別從左流道8以及右流道5匯入直聚焦流道4，請參閱圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流道結(jié)構(gòu)中左流道8及右流道5與直聚焦流道4連接處的局部放大示意圖，在左右鞘液流的聚焦作用下，能夠?qū)⒉煌降念w粒全部聚焦在直聚焦流道4的中心線上；
[0039]由此可見，上述的微流道結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)可以采用鞘液流聚焦和迪恩流聚焦相互配合的方式，不同粒徑的顆粒先在不對稱聚焦彎道I中第一次聚焦各自形成一條直線，然后在直聚焦流道4中受兩對稱鞘液流的第二次聚焦作用，全部聚焦于直聚焦流道4的中心線上，從而達(dá)到改善聚焦效果的目的，并且通過控制鞘液的流量，能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒之間間距的改變，能夠進(jìn)一步的改善聚焦效果，除此之外，上述所使用的鞘液可以與樣品溶液的溶劑一致，比如當(dāng)采用50%乙醇溶液和粒徑10微米的聚苯乙烯微球的混合溶液作為樣品液時(shí)，可以用50%乙醇溶液作為鞘液，并且整個操作過程中均是通過流體力學(xué)原理對顆粒進(jìn)行操縱聚焦，不會對顆粒的生理活性和功能狀態(tài)等產(chǎn)生不利影響，有助于提高檢測的準(zhǔn)確性。
[0040]為了避免樣品液進(jìn)入不對稱聚焦流道時(shí)存在不均衡壓力，改善聚焦效果，在本發(fā)明實(shí)施例中，不對稱聚焦彎道I的第一端通過入口緩沖流道2與樣品液入口 3連通。
[0041]微流道結(jié)構(gòu)各部分的橫截面可以采用多種形狀，比如矩形、橢圓形、圓形等等，在本發(fā)明實(shí)施例中，不對稱聚焦流道、直聚焦流道4、鞘液流道以及入口緩沖流道2的橫截面均為矩形，且上述各流道高度一致。
[0042]微流道結(jié)構(gòu)的流道高度可以根據(jù)溶液中顆粒粒徑的大小進(jìn)行調(diào)整，在本發(fā)明實(shí)施例中，不對稱聚焦流道、直聚焦流道4、鞘液流道以及入口緩沖流道2的高度均為50μηι?100μm，進(jìn)一步地，為了保證聚焦效果，應(yīng)當(dāng)保證溶液中的顆粒粒徑與流道高度之比不大于1:2.5，且樣品液中顆粒粒徑分布范圍應(yīng)小于顆粒平均粒徑的10%。
[0043]除了不對稱聚焦彎道I中的大彎道及小彎道外，為了保證樣品溶液的壓力及流速發(fā)生突然變化，其與各組成部分的寬度均應(yīng)保持一致，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，直聚焦流道4、鞘液流道以及入口緩沖流道2的寬度為300μηι?500μηι。
[0044]為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，不對稱聚焦彎道I的大彎道的寬度為350μπι?650μm，曲率半徑為780μπι?ΙΟΟΟμπι，不對稱聚焦彎道I的小彎道的寬度為200μπι?350μπι，曲率半徑為150μηι?500μηι。為了使大彎道能夠與小彎道以及微流道結(jié)構(gòu)的其余各組成部分平滑連接，在本發(fā)明實(shí)施例中，大彎道采用了中間寬，兩端窄的結(jié)構(gòu)。
[0045]為了進(jìn)一步的提升聚焦效果，在本發(fā)明實(shí)施例中，左流道8或者右流道5中鞘液流動方向與直聚焦流道4中樣品液流動方向的夾角α滿足40° <α<90°，這樣，能夠使鞘液與樣品液順利混合并輸出。
[0046]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種微流控芯片裝置，請參閱圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的微流控芯片裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，微流控芯片裝置包括芯片本體以及微流道結(jié)構(gòu)，其中，如上任一項(xiàng)所述的微流道結(jié)構(gòu)設(shè)置于芯片本體內(nèi)，樣品液入口3、混合液出口6以及鞘液入口 7均開設(shè)在芯片本體的上表面上。
[0047]為了保證上述微流控芯片裝置的各入口及出口壓力的連貫及一致，從而獲得穩(wěn)定的聚焦效果，在本發(fā)明實(shí)施例中，微流控芯片裝置還包括輸送裝置以及提取裝置13，輸送裝置包括與樣品液入口 3連通的第一輸送栗11以及與鞘液入口 7連通的第二輸送栗12，提取裝置13與混合液出口 6連通，通過上述的輸送裝置以及提取裝置13能夠以恒定的速度輸入或提取微流控芯片裝置中的溶液，從而使微流控芯片裝置中的溶液的壓力及流速保持恒定，提高聚焦效果，進(jìn)一步地，為了使微流控芯片裝置的入口壓力大于出口壓力，以保證樣品溶液的流動及混合液的順利提取，第一輸送栗11輸出的樣品液流量與第二輸送栗12輸出的鞘液流量之比應(yīng)不小于I: I。
[0048]進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，芯片本體包括基板9以及蓋板10，其中，基板9的上表面上開設(shè)有微流道結(jié)構(gòu)；蓋板10覆蓋在基板9的上表面上，且樣品液入口 3、混合液出口 6以及鞘液入口 7開設(shè)于蓋板10上。
[0049]上述的芯片本體僅是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種優(yōu)選方案，具體并不局限于此，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際需要做出具有針對性的調(diào)整，從而得到不同的實(shí)施方式。
[0050]本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0051]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 不對稱聚焦彎道(I)，所述不對稱聚焦彎道(I)的第一端與樣品液入口(3)連通； 直聚焦流道(4)，第一端與所述不對稱聚焦彎道(I)的第二端連通，第二端與混合液出口(6)連通； 鞘液流道，包括關(guān)于所述直聚焦流道(4)對稱的左流道(8)和右流道(5)，所述左流道(8)及所述右流道(5)的第一端均與鞘液入口(7)連通，所述左流道(8)以及所述右流道(5)的第二端分別從兩側(cè)與所述直聚焦流道(4)連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述不對稱聚焦彎道(I)的第一端通過入口緩沖流道(2)與所述樣品液入口( 3)連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述不對稱聚焦流道、所述直聚焦流道(4)、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道(2)的橫截面均為矩形，且上述各流道高度一 Sc ο4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述不對稱聚焦流道、所述直聚焦流道(4)、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道(2)的高度均為50μπι?10ym。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述直聚焦流道(4)、所述鞘液流道以及所述入口緩沖流道(2)的寬度為300μπι?500μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述不對稱聚焦彎道(I)的大彎道的寬度為350μπι?650μπι，曲率半徑為780μπι?ΙΟΟΟμπι，所述不對稱聚焦彎道(I)的小彎道的寬度為200μηι?350μηι，曲率半徑為150μηι?500μηι。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述左流道(8)或者所述右流道(5)中鞘液流動方向與所述直聚焦流道(4)中樣品液流動方向的夾角α滿足40° <α<90。。8.一種微流控芯片裝置，其特征在于，包括: 芯片本體； 設(shè)置于所述芯片本體內(nèi)且如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的微流道結(jié)構(gòu)，所述樣品液入口(3)、所述混合液出口(6)以及所述鞘液入口(7)均開設(shè)在所述芯片本體的上表面上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括輸送裝置以及提取裝置(13)，所述輸送裝置包括與所述樣品液入口(3)連通的第一輸送栗(11)以及與所述鞘液入口(7)連通的第二輸送栗(12)，所述提取裝置(13)與所述混合液出口(6)連通。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯片本體包括: 基板(9)，其上表面上開設(shè)有所述微流道結(jié)構(gòu)； 蓋板(10)，覆蓋在所述基板(9)的上表面上，且所述樣品液入口(3)、所述混合液出口(6)以及所述鞘液入口( 7)開設(shè)于所述蓋板(1)上。
【文檔編號】B01L3/00GK105854967SQ201610421625
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】陳穎, 孫思帆, 成正東, 王超, 蔡小燕
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)