CN106391153B - 一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，包括盖板和基板，所述盖板的中心位置加工有储液池和阻隔膜，所述基板的上表面上沿圆周方向等分地均匀分布加工有若干组生物检测用微细结构，所述盖板和基板在真空或者热饱和蒸汽下封装密闭，当微流控芯片移回常温常压下时，所述微细结构内部具有一定的负压，微流体由储液池进入微细结构时，由于压差的存在能够自律运动，实现微流控芯片药液混合、生物检测的功能。本发明常温常压下时，微细结构内部具有一定的负压，微流体进入注液池以后，由于压差的存在能够自律运动，实现微流控芯片药液混合、生物检测的功能。

Description

一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片
技术领域
本发明涉及一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，尤其是利用微流道内外压强差使微流体自律流动的微流控芯片。
背景技术
微流控芯片是芯片在生物化学等领域的延伸，通过微细加工技术、测序分析技术和数字信息技术，实现生物化学中的混合、分离、化学成分分析、基因测序和病毒检测等功能。微流控芯片在生物化学检测技术方面的应用具有样品需求量少、分析速度快、便于携带等特点，非常适合实时分析。在微米尺度，毛细作用是使微流体在微流道内自律流动的重要因素。在微流控芯片的流道里，通过改变芯片的基质，可以使微流道（100~500μm）对微流体产生吸附力，进一步激发微流体的表面张力，从而可以引导或者阻碍微流体的流动，实现微流体流动的控制。目前微流控芯片驱动微流体在芯片内流动的方式有压力驱动，气动微泵驱动，离心驱动和电渗驱动等，对机器设备精度、成本要求高，不利于携带和实时检测。另外，目前芯片内样品和检测液体都是通过外部驱动引入，难以实现批量化。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的负压引导的微流体自律运动微流控芯片，减少对外界操作和仪器设备的依赖，实现微流体在微流道内稳定快速流动、反应池内快速高效混合的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，包括盖板和基板，所述盖板的中心位置加工有储液池和阻隔膜，所述基板的上表面上沿圆周方向等分地均匀分布加工有若干组生物检测用微细结构，所述盖板和基板在真空或者热饱和蒸汽下封装密闭，当微流控芯片移回常温常压下时，所述微细结构内部具有一定的负压，微流体由储液池进入微细结构时，由于压差的存在能够自律运动，实现微流控芯片药液混合、生物检测的功能。
进一步地，所述盖板的材料为EVOH材料透明薄膜，高度取值h1在2mm~4mm之间。
进一步地，所述储液池采用圆柱体结构，直径与反应血液样品的体积大小成正比。
进一步地，基板材料为石英玻璃，长宽取值在60mm~80mm之间，高度取值h2在5mm~10mm之间。
进一步地，每组所述的微细结构均包括注液池、主流道、反应池、气流道和储气池，所述注液池位于基板上表面中心位置，所述主流道连通于注液池和反应池之间，所述气流道连通反应池和储气池之间。
进一步地，所述的注液池采用圆柱体结构，底面直径在4mm~6mm之间，高度在300μm~500μm之间。
进一步地，所述反应池采用圆柱体结构，底面直径在5mm~8mm之间，高度在500μm~800μm之间，反应池的体积大小与反应血液样品体积大小呈正比。
进一步地，所述储气池采用圆柱体结构，底面直径在12mm~16mm之间，高度在800μm~1000μm之间，所述储气池的体积大小与实验所需微流体流动速度的大小成正比。
进一步地，所述主流道采用两侧对称且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60°~90°之间，深度取值在300μm ~500μm之间且各处深度相同。
进一步地，所述气流道采用两侧对称且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60°~90°之间，气流道的深度存在梯度，从反应池一侧到储气池一侧，深度逐渐增大且梯度为0.1°~0.8°，保证反应液不会进入到储气池。
相比现有技术，本发明的所述盖板和基板在真空或者热饱和蒸汽下封装密闭，由于基板上储气池的作用，当微流控芯片移回常温常压下时，注液池、主流道、反应池内部具有一定的负压，微流体进入注液池以后，由于压差的存在能够自律运动，实现微流控芯片药液混合、生物检测的功能。微流体直线流动、药液混合的速度由压差所决定，压差可以通过调整热饱和蒸汽温度和调整基板上微结构的体积来改变。一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，可以提前预埋检测试剂，进行长期保存，使用时可以精确地引入外部检测样本，便于实现芯片集成和产业化。
附图说明
图1为本发明设计的微流控芯片三维形貌示意图。
图2为本发明设计的微流控芯片截面结构示意图。
图3为本发明设计的微流控芯片基板三维形貌示意图。
图4为本发明设计的微流控芯片微流道截面结构示意图。
图中所示：1-基板；2-盖板；3-储液池；4-阻隔膜；5-注液池；6-主流道；7-反应池；8-气流道；9-储气池。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
如图1和图2所示，一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，该微流控芯片由基板1和盖板2共同组成，基板1是微流控芯片的主体部分，采用长方体结构，长宽大小为根据主流道6数目（4、6、8）的增加而增大，长宽取值在60mm~80mm之间，高度取值h2在5mm~10mm之间，材料是石英玻璃板，其上面加工有用于生物检测的一系列微细结构。盖板2的长宽大小与基板1的长宽尺寸大小相同，高度取值h1在2mm~4mm之间，材料是EVOH透明薄膜，盖板2的中心位置加工有储液池3和阻隔膜4。储液池3采用圆柱体结构，其大小根据反应血液样品的体积大小而改变。阻隔膜4用来临时分开储液池3和注液池5，反应开始时，由专用工具刺破，使储液池3中的血液样品注入到微流控芯片中。
如图3和图4所示，基板1的上表面上加工有若干组生物检测用微细结构，布置在四等分或六等分或八等分圆周角上面，本实施例共有四组，每一组微细结构由注液池5、主流道6、反应池7、气流道8和储气池9共同组成，一组微细结构用于一项生物检测过程。注液池5采用圆柱体结构，底面直径在4mm~6mm之间，高度在300μm~500μm之间，用于连接储液池3，将血液样品引导到微流芯片当中。主流道6采用两侧对称α=β且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60~90°之间。主流道的深度不存在梯度，从注液池到反应池深度一致，取值在300μm ~500μm之间。反应池7同样采用圆柱体结构，底面直径在5mm~8mm之间，高度在500μm~800μm之间，反应池7的体积大小随反应血液样品体积大小而改变。反应池7底部预埋化学试剂，用于药、液生物混合检测。气流道8用于连接反应池7和储气池9，用来引导负压气体，采用两侧对称α=β且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60~90°之间。气流道8的深度存在梯度，从反应池一侧到储气池一侧，深度逐渐增大，梯度为0.1~0.8°，保证反应液不会进入到储气池。储气池9采用圆柱体结构，底面直径在12mm~16mm之间，高度在800μm~1000μm之间，其整体体积的大小直接影响微流控芯片内部的负压大小，根据实验所需微流体流动速度的大小而相应调整其体积大小。
基板1和盖板2在真空或者热饱和蒸汽下封装密闭，反应池7和储气池9内部具有一定的负压。微流体进入注液池5后，能在反应池7和储气池9内的负压作用下通过主流道6向反应池7自律流动，具体操作是：
在无菌干燥的环境中，将微流控芯片用药物消毒洗净后，放在无菌干燥加热器中加热至100摄氏度，在达到高温杀毒作用的同时，利用水蒸气以及热空气的膨胀使微流管道表面的压强减少，待温度达到100摄氏度后，保持温度并干燥3~5分钟，随后取出，放在无菌干燥工作室内，预埋生物试剂，并在10-20s内用无菌干燥的EVOH材料透明薄膜盖板2对基板1进行封装贴合，在干燥的环境下任其自然冷却至温度不再变化为止，从而使芯片内部流道压强相对于大气压强形成负压。将血液样品放置在储液池3中，使用专用设备，刺破阻隔膜4，血液样品流入到微流控芯片内部，开始一系列生物检测过程。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，包括盖板(2)和基板(1)，其特征在于：所述盖板(2)的中心位置加工有储液池(3)和阻隔膜(4)，所述基板(1)的上表面上沿圆周方向等分地均匀分布加工有若干组生物检测用微细结构，所述盖板(2)和基板(1)在真空或者热饱和蒸汽下封装密闭，当微流控芯片移回常温常压下时，所述微细结构内部具有一定的负压，微流体由储液池(3)进入微细结构时，由于压差的存在能够自律运动，实现微流控芯片药液混合、生物检测的功能；每组所述的微细结构均包括注液池(5)、主流道(6)、反应池(7)、气流道(8)和储气池(9)，所述注液池(5)位于基板(1)上表面中心位置，所述主流道(6)连通于注液池(5)和反应池(7)之间，所述气流道(8)连通反应池(7)和储气池(9)之间；
所述气流道(8)采用两侧对称且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60°~90°之间，气流道(8)的深度存在梯度，从反应池(7)一侧到储气池(9)一侧，深度逐渐减少且梯度为0.1°~0.8°。
2.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述盖板(2)的材料为EVOH材料透明薄膜，高度取值h1在2mm~4mm之间。
3.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述储液池(3)采用圆柱体结构，直径与反应血液样品的体积大小成正比。
4.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述基板(1)材料为石英玻璃，长宽取值在60mm~80mm之间，高度取值h2在5mm~10mm之间。
5.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述的注液池(5)采用圆柱体结构，底面直径在4mm~6mm之间，高度在300μm~500μm之间。
6.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述反应池(7)采用圆柱体结构，底面直径在5mm~8mm之间，高度在500μm~800μm之间，反应池(7)的体积大小与反应血液样品体积大小呈正比。
7.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述储气池(9)采用圆柱体结构，底面直径在12mm~16mm之间，高度在800μm~1000μm之间，所述储气池(9)的体积大小与实验所需微流体流动速度的大小成正比。
8.根据权利要求1所述负压引导的微流体自律运动的微流控芯片，其特征在于：所述主流道(6)采用两侧对称且互成一定角度的V型结构，角度变化范围在60°~90°之间，深度取值在300μm ~500μm之间且各处深度相同。
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