CN101255861A - 一种多通道微型泵装置及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道微型泵装置及其驱动方法，其装置包括至少一用于输送液体的输送微流道，和至少三个挤压微流道，用于驱动所述输送微流道中的液体沿预定方向流动；所述挤压微流道分布在所述输送微流道的侧边，在所述输送微流道上形成两层结构分布；所述挤压微流道对应交错并部分重叠设置。本发明多通道微型泵装置及其驱动方法由于采用了重叠交叉设置的多个挤压微流道从侧边依次挤压，保证了被挤压的输送微流道内的液体能够全部依次顺序被驱动挤压输送，其实现结构简单，且能够达到溶液输送量的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种微流控技术的改进，尤其涉及的是一种多通道微型泵装置及其驱动方法的改进。
背景技术
近几年来，随着微流控技术的蓬勃发展，已经广泛应用于生物医学研究、临床诊断、药物开发、食品卫生和环境监测等诸多领域。微型泵作为流体的驱动系统更是微流控系统中的重要组成部分。目前，学术刊物上已报道了多种微型泵，但绝大多数是单通道，只用于单种液体的输送。当前，高集成、高通量分析是微流控技术的发展趋势，迫切需要能够同时输送几十种甚至几百种不同液体的驱动系统。
目前在专业学术刊物上已有报道很多微型泵，虽然目前发展的微型泵单个泵体积较小，但要把几十个或几百个这样的微型泵集成在一起，体积还是过于庞大，不适合用于微型化的微流控芯片。
近来发展的通过软光刻方法制作的微型泵适合于大规模集成，可用于发展多通道的微型泵。这种微型泵一般由两层弹性材料构成，一层含有输送液体的微流道，另一层含有三条间隔开来的挤压微流道，如图1a和图1b所示，两层粘合在一起，将挤压微流道与高压气体源相连接，并通过有控制顺序的挤压三条挤压微流道，形成蠕动式的挤压，从而驱动微流道内液体的流动。其蠕动顺序自下而上的，如图1a和图1b所示，依次驱动11、12、13三个挤压微流道进行收缩，从而依次驱动微流道内的液体沿挤压顺序方向驱动流动。[M.Unger，H.P.Chou，T.Thorsen，A.Scherre，and S.Quake，Science，288，113(2000)]
上述这种由多个挤压微流道形成的微型泵由软体弹性材料制成，因挤压微流道是间隔一定的距离设置，在微型泵运行的过程中仍会存在相邻挤压微流道之间的回流，以及造成相邻微流道之间的液体存留，不能够全部排空被挤压微流道内的液体，由此导致微型泵的流速过低，流量过小，无法满足大多数微流控芯片的溶液输送要求。
因此，现有技术存在缺陷，尚有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在于提供一种多通道微型泵装置及其驱动方法，以其特有的结构和接续有序挤压来实现蠕动，以避免微流道内液体的回流，提高微型泵的流速和流量，达到微流控芯片的溶液输送要求。
本发明的技术方案构思如下：
一种多通道微型泵装置，其包括至少一用于输送液体的输送微流道，和至少三个挤压微流道，用于驱动所述输送微流道中的液体沿预定方向流动；其中，所述挤压微流道分布在所述输送微流道的侧边，在所述输送微流道上形成两层结构分布；所述挤压微流道对应交错并部分重叠设置。
所述的装置，其中，所述两层挤压微流道设置在所述输送微流道的两侧。
所述的装置，其中，所述两层挤压微流道设置在所述输送微流道的同一侧。
所述的装置，其中，所述微型泵装置由弹性材料制成。
所述的装置，其中，所述挤压微流道分别设置为5条和7条。
所述的装置，其中，所述输送微流道设置为多条。
所述的装置，其中，所述挤压微流道设置为11条和13条。
一种多通道微型泵装置的驱动方法，其包括以下步骤：
A、在由至少一输送微流道形成的输送微流道层的侧边设置交错并部分重叠的至少三个挤压微流道；
B、沿所述输送微流道的输送液体方向顺次挤压交错的各挤压微流道，以驱动所述输送微流道层中的液体流动。
所述的驱动方法，其中，所述步骤B中的挤压微流道由气压驱动。
所述的驱动方法，其中，所述输送微流道设置为多个。
本发明所提供的一种多通道微型泵装置及其驱动方法，由于采用了重叠交叉设置的多个挤压微流道从侧边依次挤压，保证了被挤压的输送微流道内的液体能够全部依次顺序被驱动挤压输送，其实现结构简单，且能够达到溶液输送量的要求。
附图说明
图1a和图1b为现有技术的微型泵示意图；
图2为本发明的多通道微型泵装置的整体示意图；
图3为本发明的多通道微型泵装置的局部放大示意图；
图4为本发明的多通道微型泵装置及其驱动方法的实施例一的剖面示意图；
图5为本发明的多通道微型泵装置及其驱动方法的实施例二的剖面示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的较佳实施例加以进一步的详细说明。
本发明多通道微型泵装置及其驱动方法主要改进在微型泵的驱动结构上，该微型泵的基体材料由弹性材料组成，通过软光刻的方法制作微流道，其如何制作的过程为现有技术所熟知，在此不再赘述。
本发明多通道微型泵装置至少包括三层结构，如图2和图3所示：一层用来设置输送液体的输送微流道2，和两层设置用于挤压驱动的挤压微流道1和3，所述输送微流道2设置在所述两层挤压微流道1、3的侧边，并交叉设置，较好的是，输送微流道和挤压微流道相互垂直设置。所述输送微流道设置至少一条，两层所述挤压微流道设置至少三条，如图4和图5所示，所述挤压微流道在所述输送微流道的侧边分布，并且相互之间交错且部分重叠设置。
例如在设置三条挤压微流道的情况下，位于所述输送微流道的两侧，按两层结构分别设置两条和一条挤压微流道。在该微型泵运行时，通过控制与所述挤压微流道相连通的高压气体源作用，上下两层挤压微流道顺次有序挤压中间所述输送微流道，形成蠕动式的挤压，从而驱动所述输送微流道里的液体向前运动。如同图4所示设置多条挤压微流道的情况，沿中间输送微流道的输送方向，即图4所示中的箭头方向，依次顺序挤压图4所示下层的挤压微流道301、上层的挤压微流道101、下层的挤压微流道302、上层的挤压微流道102等，实现对所述输送微流道的液体驱动。
又例如在设置三条挤压微流道的情况下，位于所述输送微流道的同一侧，按两层结构分别设置两条和一条挤压微流道。在该微型泵运行时，通过控制与所述挤压微流道相连通的高压气体源作用，同一侧两层挤压微流道顺次有序挤压其侧边的所述输送微流道，形成蠕动式的挤压，从而驱动所述输送微流道里的液体向前运动。如同图5所示设置多条挤压微流道的情况，沿图5所示输送微流道的输送方向，即图5所示中的箭头方向，依次顺序挤压图5所示中间层的挤压微流道301、上层的挤压微流道101、中间层的挤压微流道302、上层的挤压微流道102等，实现对所述输送微流道的液体驱动。
以下举具体实例，说明本发明具体实施方式的有益效果：
1、结构改进的96通道微型泵
该微型泵由三层硅胶构成：输送液体的输送微流道置于两层挤压微流道之间，该输送微流道深20微米，宽100微米，流向布置和挤压微流道方向互相垂直；上下两层硅胶是分别含有5条和7条的挤压微流道，该挤压微流道均深40微米，宽100微米，各条挤压微流道之间相互平行间隔布置，且上下两层挤压微流道以交错并部分重叠的形式排列，其重叠部分宽25微米。在高压气体源控制驱动下，上下层挤压微流道连续依次序地挤压中间层的输送微流道，可使输送微流道中的液体以0.75微升每分钟的速度沿预定方向流动。
2.集成在高通量微流控细胞芯片中的通道微型泵
高通量微流控细胞芯片材料是乳胶，高通量微流控细胞芯片由三层硅胶构成，由内含384条输送液体微流道以及147456个微型细胞培养室的流动层置于芯片底层，每条输送微流道深15微米，宽50微米；在所述输送微流道同一侧的两层乳胶为分别含有11条和13条的挤压微流道层，每条挤压微流道深40微米，宽50微米，所述两层挤压微流道按交错并部分重叠的形式间隔排列，其重叠部分宽10微米。在与所述挤压微流道相连通的高压气体源控制驱动下，所述挤压微流道连续依次有序地挤压位于底层的输送微流道，可驱动所述输送微流道中的液体以0.5微升每分钟的速度沿预定方向流动。
由于本发明的微流泵内的挤压微流道布设在输送液体的输送微流道侧边，为两层挤压微流道构成，两层挤压微流道之间按相互交错并部分重叠的方式间隔排列，这样就可以对所述输送微流道形成连续的挤压动作，全部排空挤压输送微流道内的液体，避免了回流产生，提高了微流泵的流速，大幅度增加了流道内液体的流量。
本发明多通道微型泵装置的驱动方法，根据上述部分重叠交叉设置的多个挤压微流道，由高压气体源控制，可从侧边顺次有序挤压，以保证被挤压微流道内的液体能够依顺序被全部挤压并沿预定方向输送。本发明装置和方法的实现结构较为简单，集成度高，利于芯片的制作，达到了溶液输送量的要求，能满足当前高集成、高通量分析的输送要求。
本发明的微流道具体控制和所输送的液体等技术根据实际应用可以采用现有各种可能的方案，为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如微流道数量上的增减、挤压微流道位置上的变化等，而所有这些改进和变换都本应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1、一种多通道微型泵装置，其包括至少一用于输送液体的输送微流道，和至少三个挤压微流道，用于驱动所述输送微流道中的液体沿预定方向流动；其特征在于，所述挤压微流道分布在所述输送微流道的侧边，在所述输送微流道上形成两层结构分布；所述挤压微流道对应交错并部分重叠设置。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两层挤压微流道设置在所述输送微流道的两侧。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两层挤压微流道设置在所述输送微流道的同一侧。
4、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述微型泵装置由弹性材料制成。
5、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述挤压微流道分别设置为5条和7条。
6、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述输送微流道设置为多条。
7、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述挤压微流道设置为11条和13条。
8、一种多通道微型泵装置的驱动方法，其包括以下步骤：
A、在由至少一输送微流道形成的输送微流道层的侧边设置交错并部分重叠的至少三个挤压微流道；
B、沿所述输送微流道的输送液体方向顺次挤压交错的各挤压微流道，以驱动所述输送微流道层中的液体流动。
9、根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，所述步骤B中的挤压微流道由气压驱动。
10、根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述输送微流道设置为多个。
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