CN101452003A - 一种完全集成于微流控芯片的储液池微泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种完全集成于微流控芯片上的储液池微泵，该储液池微泵由集成于微流控芯片上的密闭过滤储液池(1)，泵储液池(2)，微通道(3)组成；密闭过滤储液池(1)和泵储液池(2)之间由微通道(3)连接。本发明具有完全集成于芯片上，不需要软件的控制，不需要外动力源，能长时间、稳定、自动化地驱动流体，体积小，成本低，操作特别简单等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及微流控芯片流体驱动设备，特别提供了一种完全集成于微流控芯片的储液池微泵。
背景技术：
微流控芯片(Microfluidics，Lab-on-a-chip)是一个跨学科的新领域，指的是把生化领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术。它是微纳米技术的重要组成部分，也是系统生物学研究的主要技术平台之一。
芯片实验室技术所涉及到的微通道的宽度一般介于几十至几百微米，尺寸与人类毛发相若，如此小的尺寸不仅保证了微流控芯片实验室技术极小的试剂消耗量(～10-9升)，还使在小面积芯片上集成高密度流路成为可能。微消耗对结构生物学、组合化学、药物筛选等诸多学科意义重大，而高集成化流路则可将整个样品处理流程微缩到一块芯片上，实现理想化的“原始样品入，结果报告出”，这种傻瓜型样品处理的直接好处是样品处理时间的大幅缩短，检测分辨率/灵敏度的显著提高和成本的大幅降低，更为深远的意义则在于，它极有可能使疾病诊断设备小型化，家庭化，从而大幅提高人类的健康水平，改善生活质量。
芯片实验室技术的核心和精髓是芯片上微小通道内流体的控制，它通常涉及三个大的方面—流体驱动泵的选择，微阀和微通道网络的设计和芯片材料的选择。本发明涉及其中的流体驱动泵。
可用于芯片实验室流体驱动的泵多种多样，包括电渗泵，注射泵，表面张力泵，重力泵，离心泵，气动微泵和光致泵等。但这些流体驱动泵均不同时具有以下两个性质：(1)完全集成于微流控芯片上；(2)持续、稳定和自动地驱动流体；导致目前基于微流控芯片的即时现场检测设备或诊断设备的研制滞后。因此，市场上急需一种具备上述两种优点的新型微流体驱动泵。
发明内容：
本发明的目的是提供一种完全集成于微流控芯片的储液池微泵。
本发明提供一种完全集成于微流控芯片上的储液池微泵，该储液池微泵由集成于微流控芯片上的密闭过滤储液池(1)，泵储液池(2)，微通道(3)组成；密闭过滤储液池(1)和泵储液池(2)之间由微通道(3)连接。传统的过滤储液池是开放的，而本发明的过滤储液池是密闭的，可以持续、稳定、自动地驱动流体。
本发明提供的完全集成于微流控芯片的储液池微泵，密闭过滤储液池(1)由以下一种或多种材料封闭而成：PDMS膜；胶带；胶粘剂；压力作用下的弹性体，压力为0.01～1000pa。
本发明提供的完全集成于微流控芯片的储液池微泵，微通道(3)的长度为10×10-6～0.5mm，截面积为10-16～10-8m2。
本发明提供的完全集成于微流控芯片的储液池微泵，密闭过滤储液池(1)为圆柱形或长方体形；长度为2～40mm，截面积为2×10-6～2×10-3m2。
本发明提供的完全集成于微流控芯片的储液池微泵，密闭过滤储液池(1)内有固态过滤装置和/或液态过滤相；固态过滤装置为整体柱、填充柱或分子筛；液态过滤相为水或乙醇等极性挥发性有机溶剂。
本发明提供的完全集成于微流控芯片的储液池微泵，泵储液池(2)的材质为玻璃、石英、亲水性塑料或亲乙醇等极性挥发性有机溶剂的塑料，它们的表面可以浸润水或乙醇等极性挥发性有机溶剂；泵储液池(2)为圆柱形或长方体形；圆柱形泵储液池的半径为0.5～100mm，高度为0.5～100mm；长方体形泵储液池的体积为0.1～1000μl。
泵储液池(2)的表面张力是微泵的驱动力。密闭过滤储液池(1)装满水或乙醇等极性挥发性有机溶剂，水或乙醇等极性挥发性有机溶剂通过微通道流入泵储液池(2)，使泵储液池(2)产生表面张力将密闭过滤储液池(1)中水或乙醇等极性挥发性有机溶剂泵入泵储液池(2)和被驱动的流体被泵入密闭过滤储液池(1)，同时也将样品源中的样品泵入样品处理微通道。在这个过程中，水或乙醇等极性挥发性有机溶剂会不断流入泵储液池(2)，同时泵储液池(2)内的水或乙醇等极性挥发性有机溶剂会不断蒸发，蒸发速率会自动与微通道(3)中的体积流量相等。因此，被驱动的流体的流量会长时间维持恒定。
密闭过滤储液池(1)的作用是防止被驱动的流体直接进入泵储液池(2)，污染其中的水或乙醇等极性挥发性有机溶剂，从而改变流速。
流速可以由改变泵储液池(2)的半径调节。
与常规用于驱动微流控芯片上流体驱动泵相比，本发明具有如下独有的优点：1、完全集成于芯片上；2、不需要软件的控制；3、不需要外动力源；4、在上述三点条件下，它还能长时间、稳定、自动化地驱动流体。
除上述外，本发明还具有体积小、成本低、操作特别简单等优点。
附图说明：
图1储液池微泵示意图，其中：1.密闭过滤储液池，2.泵储液池，3.微通道；
图2储液池微泵的恒流系统，其中：1.储液池微泵，2.样品处理微通道，3.样品源，4.微流控芯片；
图3微通道中流体流速随时间的变化图；
图4微通道中流体流速随温度和泵储液池半径变化图；
图5皮质醇检测的芯片设计图，其中1.二抗溶液，2.皮质醇和酶标皮质醇的混合溶液，3.皮质醇抗体溶液，4.牛血清白蛋白溶液，5.冲洗缓冲液，6.底物溶液，7.泵储液池，8.密闭过滤储液池，9.反应检测区，10.样品处理通道，11.PDMS材料，12.玻璃材料；
图6阀工作原理示意图，其中1.二抗溶液，2.皮质醇和酶标皮质醇的混合溶液，3.皮质醇抗体溶液，4.牛血清白蛋白溶液，5.冲洗缓冲液，6.底物溶液，7.阀(长尾夹)，8.PDMS材料，9.玻璃材料；
图7皮质醇检测工作曲线；
图8芯片电泳分离系统，其中1.储液池泵，2.分离通道，3.控制通道，4.缓冲液废液池，5.缓冲液池，6.样品池；
图9芯片电泳上样、取样和分离的照片，其中第一帧为上样照片，第二帧为取样照片，第三帧为分离照片；
图10芯片电泳连续进样谱图。
具体实施方式：
如图1所示，使密闭过滤储液池(1)充满水或乙醇等挥发性液体，泵储液池(2)即处于工作状态。
实施例1：基于储液池微泵的恒流系统
该系统由储液池微泵1、样品处理微通道2和样品源3组成，如图2所示。使密闭过滤储液池充满水，往样品源3内加入样品，样品即可以恒定的速度流过样品处理微通道2(见图3)。温度或泵储液池的半径可以改变流速(见图4)。
实施例2：基于微流控芯片储液池微泵的皮质醇检测系统
图5为皮质醇检测的芯片设计图。1、2、3、4、5和6为样品源，分别盛有二抗溶液、缓冲液、抗皮质醇抗体溶液、酶标皮质醇、样品皮质醇混合溶液、牛血清白蛋白溶液。当这些溶液按一定的顺序顺次通过反应检测区(9)，即可完成对样品皮质醇的检测。这些溶液流经反应检测区(9)的顺序由阀(7)控制。阀控制原理如图6所示。在图示状态下，4号区样品不能通过反应检测区，而6号区样品可以通过反应检测区(9)。
在该皮质醇检测系统上得到的工作曲线，如图7所示。
因为泵和阀都是集成化的，该皮质醇测定装置设备体积很小，可以作为及时现场检测设备测定运动员血液中的皮质醇含量。
实施例3：基于微流控芯片储液池微泵的芯片电泳分离系统
图8为芯片电泳分离系统，图9为芯片电泳上样、取样和分离的照片。因为储液池微泵工作特别稳定，所以该芯片电泳分离系统也特别稳定，可以稳定地连续进样超过100次(见图10)。
Claims (10)
1、一种完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：该储液池微泵由集成于微流控芯片上的密闭过滤储液池(1)，泵储液池(2)，微通道(3)组成；其中：
密闭过滤储液池(1)和泵储液池(2)之间由微通道(3)连接。
2、按照权利要求1所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：密闭过滤储液池(1)由以下一种或多种材料封闭而成：PDMS膜；胶带；胶粘剂；压力作用下的弹性体，压力为0.01～1000pa。
3、按照权利要求1所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：微通道(3)的长度为10×10-6～0.5mm，截面积为10-16～10-8m2。
4、按照权利要求1所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：密闭过滤储液池(1)长度为2～40mm，截面积为2×10-6～2×10-3m2。
5、按照权利要求1所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：密闭过滤储液池(1)内有固态过滤装置和/或液态过滤相。
6、按照权利要求1所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：泵储液池(2)为圆柱形或长方体形。
7、按照权利要求5所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：固态过滤装置为整体柱、填充柱或分子筛。
8、按照权利要求5所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：液态过滤相为水或乙醇一些极性挥发性有机溶剂。
9、按照权利要求6所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：圆柱形泵储液池的半径为0.5～100mm，高度为0.5～100mm。
10、按照权利要求6所述完全集成于微流控芯片的储液池微泵，其特征在于：长方体形泵储液池的体积为0.1～1000μl。
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