CN101533005B - 微流分配装置、其制备方法及用途 - Google Patents

微流分配装置、其制备方法及用途 Download PDF

Info

Publication number
CN101533005B
CN101533005B CN200910081873A CN200910081873A CN101533005B CN 101533005 B CN101533005 B CN 101533005B CN 200910081873 A CN200910081873 A CN 200910081873A CN 200910081873 A CN200910081873 A CN 200910081873A CN 101533005 B CN101533005 B CN 101533005B
Authority
CN
China
Prior art keywords
miniflow
microchannel
microflow
distribution
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200910081873A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101533005A (zh
Inventor
黄岩谊
席建忠
王建斌
周莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN200910081873A priority Critical patent/CN101533005B/zh
Publication of CN101533005A publication Critical patent/CN101533005A/zh
Priority to PCT/CN2010/000494 priority patent/WO2010118637A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101533005B publication Critical patent/CN101533005B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0203—Burettes, i.e. for withdrawing and redistributing liquids through different conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/021—Adjust spacings in an array of wells, pipettes or holders, format transfer between arrays of different size or geometry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0642—Filling fluids into wells by specific techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting

Abstract

本发明涉及一种微流分配装置、其制备方法及用途，属于微量试验设备领域，准确地说属于微流分配领域。本发明的微流分配装置包括一个微流分配芯片，该芯片具有至少一个微流层；每个微流层中具有至少两条并列的微流通道或者一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树；所述微流通道横截面积为1μm2～1mm2，且除了入口、出口与外界相通外，其他部分都在微流分配芯片的内部。本发明的微流分配装置廉价且易于制造，能够准确地分配纳升级别的液体样品，在微流体、微分析、药物筛选、细胞检测、组合化学反应等多个领域有广泛的应用前景。

Description

微流分配装置、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及微量试验设备领域，准确地说属于微流分配领域。
背景技术
大部分生物化学反应和基于细胞的化学化验，尤其是大规模的筛选试验和单细胞层次上的生命科学研究，都是在体积在纳升到微升的液相中进行的。小体积反应不仅减少了单个反应的成本，而且为反应的有效进行提高了试剂浓度，同时大大减少了试剂的浪费。这些试验通常都是非常艰巨的，需要进行大量的移液操作来转移液体样品。现在，微升级别的精确的小体积液体样品分配器已经商品化了，但是，如何进一步拓展到纳升级别，则依然是大批量反应所面对的主要挑战之一。另外一方面，一些其他的方法，如非接触式喷印和超声喷雾液等已被应用到液体转移领域，但是这些技术通常只能进行皮升级别的移液操作，而且设备造价昂贵，难以高度并行集成以适应大批量的操作。
微流技术由于具有准确的液体操作潜能而成为了纳升级别的反应的理想平台。能进行准确的亚微升液体操作的大批量、小型化的反应阵列已经成为了新药研制、基因探测、蛋白质结晶、反应条件筛选和细胞相关的研究等领域的强大工具。现在已有一些可替代传统方法的微流移液方法，如具有多层软平板印刷制备的气动阀的高度集成的芯片、用来进行参数筛选的时序液滴微流芯片等。
虽然这些技术显著减小了反应体积、增大了反应规模，但是它们一般只能在封闭的反应空间如聚二甲基硅氧烷(PDMS)微室或液塞中工作，同时，它们依然存在设备造价昂贵、操作方法复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述技术问题，提供一种适于大批量试验、可在开放空间中使用、造价低廉、使用方便的纳升微流分配装置，本发明还提供一种简单、廉价的制备该微流分配装置的方法，并提供数种该装置在不同领域的应用。
在本发明中，术语“芯片”指的是片状或者板状的物体，具有一定的厚度；可以是单层结构，也可以是多层结构；其形状可以是任何形状，优选为具有至少一条直边的形状，进一步优选为梯形、正方形、长方形；其材料可以是任何材料，优选为玻璃、陶瓷、硅、金属、聚合物，进一步优选为可塑性聚合物，例如可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、环状聚烯烃共聚合物(Cyclic OlefinCopolymers；COC)、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚砜、尼龙、苯乙烯-丙烯酸共聚物或者以上任意两种以上的混合物。
术语“微流通道”是指设置在微流分配芯片内部的液体样品流经的通道，液体样品可以借助毛细力或者同时借助毛细力和外力沿着微流通道流动，所述外力可以是泵力、离心力、真空或其他类似的可以拉动或推动液体样品沿着微流通道流动的力。
术语“一条微流通道”的含义如下：当微流通道是两条或者多于两条并列的微流通道时，同一微流通道在微流分配芯片上的两个开口之间的微流通道为“一条微流通道”；当微流通道是至少一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树时，任意两个相邻的分叉点之间的微流通道或者任意一个开口与其相邻的分叉点之间的微流通道为“一条微流通道”。
术语“分叉”指的是一条微流通道分为两条或多于两条微流通道；“二分叉”指的是一条微流通道分为两条微流通道。
术语“亲水”和“疏水”除非另外说明，指的是相对的概念。例如，“微井芯片的微井内表面涂覆有亲水材料，而微井芯片微井开口那一侧的外表面涂覆有疏水材料”，指的是微井芯片微井开口那一侧的外表面涂覆有比微井内表面涂覆的材料更加疏水的材料。
本发明是通过如下的技术方案实现的。一种微流分配装置，包括一个微流分配芯片，所述微流分配芯片具有至少一个微流层；所述至少一个微流层中具有至少两条并列的微流通道或者至少一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树；所述至少两条并列的微流通道中，其中每一条微流通道在微流分配芯片上都具有两个开口，其中的一个开口为微流入口，另外一个开口为微流出口；所述微流通道树中，根微流通道在微流分配芯片上的开口为微流入口，而其他由分叉形成的微流通道在微流分配芯片上的开口为微流出口；所述微流通道横截面积为1μm2～1mm2，且除了入口、出口与外界相通外，其他部分都在微流分配芯片的内部。至少两条并列的微流通道中，各条微流通道可以分配相同的液体样品，也可以分配不相同的液体样品；可以通过调节对微流通道中的液体样品施加的外力大小和微流通道的横截面积大小来调整微流通道中液体样品的流量。至少一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树中，由于一个微流通道树只有一个微流入口，因此同一个微流通道树的微流通道中的液体样品是相同的，同样可以通过调节对微流通道中的液体样品施加的外力大小和微流通道的横截面积大小来调整微流通道中液体样品的流量；而不同的微流通道树中的液体样品可以相同，也可以不相同；两个以上的微流通道树可以并置在同一个微流层中，也可以分布在不同的微流层中；当两个以上的微流通道树分布在不同的微流层中的时候，它们可以彼此错开，也可以相互叠加在一起。
微流分配装置还可以包括一个与微流分配芯片配合使用的供微流分配芯片在其上分配液体样品的微流承载芯片。只要是可以接受来自微流分配芯片的液体样品的芯片都可以作为微流承载芯片，其形状、材料都没有要求，例如可以是玻璃片、硅片、金属片、塑料片等。优选地，可以在微流承载芯片上设置微井，微井的大小可以根据需要设置，例如可以是几纳升到几微升；微井的排列方式与微流分配芯片上的微流通道出口的排列方式相适应，例如，如果微流分配芯片上的微流通道出口是等间距地排列在微流分配芯片的侧壁上，则微井也以相同的等间距、成行地排列在微流承载芯片上。进一步优选地，可以在微井内表面和微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆亲水性能不同的材料，这样做的好处是有利于液体样品的分配并且可以防止不同微井之间的液体样品相互污染。例如，如果所分配的液体样品是水性的，则在微井内表面涂覆亲水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆疏水材料，当从微流通道出口流出的液体样品接触到微井内表面的时候，由于表面张力的作用，液滴会被限制在微井内而不会被带到微流承载芯片外表面或者其他的微井里。反之，如果所分配的液体样品是油性的，则在微井内表面涂覆疏水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆亲水材料，这样能达到同样的效果。
微流分配芯片中并列的微流通道的数目可以根据需要设置，例如可以是10条。优选地，所述并列的微流通道可以平行、等间距地排列在微流分配芯片上；进一步优选地，微流通道出口所在的侧壁平面与微流分配芯片所在的平面的夹角为一锐角，例如可以是10°～80°，这样，从微流通道中出来的液体样品会在重力和表面张力的作用下集中到所述锐角的尖端，有利于将液体样品分配到准确的位置。
微流分配芯片中的微流通道树是这样形成的：由最初的一条与微流入口相连的微流通道(称之为“根微流通道”)分叉而形成两条以上的新的微流通道，而每一条新的微流通道又可以分叉形成各自新的微流通道，所有这些微流通道一起组成一个微流通道树。优选地，微流通道树的分叉为二分叉，由一条微流通道经过二分叉而形成两条新的微流通道，上述三条微流通道一起形成字母Y形或者字母T形，新的微流通道又可以二分叉。进一步优选地，微流通道树以根微流通道为轴左右对称，分叉形成的新的微流通道通过一个弧形部分转到与根微流通道平行的方向上，除上述弧形部分外，微流通道的其他部分都是直线形。更进一步优选地，所有微流通道的横截面积相同，微流出口等间距地排列在微流分配芯片的同一个侧壁上，所述侧壁所在的平面与微流分配芯片所在的平面的夹角为一锐角，例如可以是10°～80°。通过上述手段可以使得在相同时间内从各个微流通道出口分配出来的液体样品体积接近相同。
微流分配芯片中除了设置至少一个微流层之外，还可以进一步设置至少一个微流控制层，微流控制层具有微流控制通道，微流控制通道在与微流通道对应的位置设有可以控制微流通道开或闭的阀门。所述阀门可以是集成弹性液压阀门，此时微流分配芯片的材料应为柔性材料。这样就可以根据需要同过微流控制通道控制微流通道的打开或闭合了。
微流分配芯片与微流承载芯片一起使用的时候，最好通过由计算机控制的三位平台进行，这样可以保证液体样品的分配快速而精确。
微流分配芯片可以通过如下简单而廉价的方法制备。
(1)准备一块具有微流通道图案的镂空的遮光板；
(2)在一块基板上均匀地涂覆一层光刻胶，烘烤使其固化；
(3)在遮光板的遮挡下，使用紫外光对光刻胶进行曝光；
(4)用显影剂对光刻胶进行显影，得到具有微流通道图案的模板；
(5)在模板上涂覆一层未固化的可塑性聚合物，对其进行固化后将其从模板上揭下，在微流通道的合适位置打孔以形成微流入口；
(6)在基片上涂覆一层未硬化的可塑性聚合物并对其固化，将其与步骤(5)中得到的聚合物层的具有微流通道的那一面粘结在一起，将粘结在一起的聚合物层进一步固化；
(7)从基片上取下已固化的聚合物层，沿着微流通道的终端切除掉多余的聚合物以形成微流出口。
上述基板可以是任何材料制成的具有光滑表面的平板，例如可以是金属片、硅片、玻璃片、陶瓷片、塑料片等；光刻胶没有特别的限制，可塑性聚合物也没有特别的限制，例如可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚砜、尼龙、苯乙烯-丙烯酸共聚物或者以上任意两种以上的混合物。
本发明的微流分配装置可以在微流体、微分析、药物筛选、细胞检测、组合化学反应等多个领域得到应用。
本发明技术方案总结如下：
1.一种微流分配装置，包括一个微流分配芯片，其特征在于所述微流分配芯片具有至少一个微流层；所述至少一个微流层中具有至少两条并列的微流通道或者至少一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树；所述至少两条并列的微流通道中，其中每一条微流通道在微流分配芯片上都具有两个开口，其中的一个开口为微流入口，另外一个开口为微流出口；所述微流通道树中，根微流通道在微流分配芯片上的开口为微流入口，而其他由分叉形成的微流通道在微流分配芯片上的开口为微流出口；所述微流通道横截面积为1μm2～1mm2，且除了入口、出口与外界相通外，其他部分都在微流分配芯片的内部。
2.根据第1项所述的微流分配装置，其特征在于该微流分配装置还包括一个与微流分配芯片配合使用的可以接受微流分配芯片分配出来的液体样品的微流承载芯片。
3.根据第2项所述的微流分配装置，其特征在于所述微流承载芯片上设置有至少两个可以用来容纳微流分配芯片分配出来的液体样品的微井，微井的排列方式与微流分配芯片上的微流通道出口的排列方式相适应。
4.根据第3项所述的微流分配装置，其特征在于微流通道树的分叉为二分叉，由一条微流通道经过二分叉而形成两条新的微流通道，上述三条微流通道一起形成字母Y形或者字母T形，新的微流通道又可以二分叉。
5.根据第3或第4项所述的微流分配装置，其特征在于微流通道树以根微流通道为轴左右对称，分叉形成的新的微流通道通过一个弧形部分转到与根微流通道平行的方向上，除上述弧形部分外，微流通道的其他部分都是直线形。
6.根据第5项所述的微流分配装置，其特征在于微井内表面涂覆有亲水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆有疏水材料；或者微井内表面涂覆有疏水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆有亲水材料。
7.根据第6项所述的微流分配装置，其特征在于微流出口等间距地排列在微流分配芯片的同一个侧壁上。
8.根据第7项所述的微流分配装置，其特征在于所述侧壁所在的平面与微流分配芯片所在的平面的夹角为10°～80°。
9.根据第8项所述的微流分配装置，其特征在于所有微流通道的横截面积相同。
10.根据第1-4、6-9中的任意一项所述的微流分配装置，其特征在于微流分配芯片由柔性材料构成。
11.根据第10项所述的微流分配装置，其特征在于微流分配芯片还包括至少一个微流控制层，微流控制层具有微流控制通道，微流控制通道在与微流通道对应的位置设有可以控制微流通道开或闭的阀门。
12.根据第11项所述的微流分配装置，其特征在于所述阀门为集成弹性液压阀门。
13.根据第1-12项所述的微流分配芯片的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(8)准备一块具有微流通道图案的镂空的遮光板；
(9)在一块基板上均匀地涂覆一层光刻胶，烘烤使其固化；
(10)在遮光板的遮挡下，使用紫外光对光刻胶进行曝光；
(11)用显影剂对光刻胶进行显影，得到具有微流通道图案的模板；
(12)在模板上涂覆一层未固化的可塑性聚合物，对其进行固化后将其从模板上揭下，在微流通道的合适位置打孔以形成微流入口；
(13)在基片上涂覆一层未硬化的可塑性聚合物并对其固化，将其与步骤(5)中得到的聚合物层的具有微流通道的那一面粘结在一起，将粘结在一起的聚合物层进一步固化；
从基片上取下已固化的聚合物层，沿着微流通道的终端切除掉多余的聚合物以形成
14.根据第1-12项所述的微流分配芯片在微流体、微分析、药物筛选、细胞检测、组合化学反应领域的应用。
附图说明
图1具有多条并列微流通道的微流分配芯片结构示意图
图2具有一组微流通道树的微流分配芯片结构示意图
图3另一种具有一组微流通道树的微流分配芯片结构示意图
图4第三种具有一组微流通道树的微流分配芯片结构示意图
图5第四种具有一组微流通道树的微流分配芯片结构示意图
图6具有两组微流通道树的微流分配芯片结构示意图
图7具有一个微流层和一个微流控制层的微流分配芯片结构示意图
图8具有微井阵列的微流承载芯片结构示意图
图9具有一组微流通道树的微流分配芯片制备过程示意图
图10微流分配装置工作过程图
图11微流分配装置工作过程示意图
图12微流分配装置工作过程图
具体实施方式
实施例1
下面将参照附图1对具有多条并列的微流通道的微流分配芯片的结构进行详细说明。图1(a)为微流分配芯片的正视图，图1(b)为沿着I-I方向的截面视图，11为微流通道，12为微流通道的入口，13为微流通道的出口。
实施例2
下面将参照附图2对具有一组由一条根微流通道经过多次分叉而形成的微流通道树的微流分配芯片的结构进行详细说明。图2(a)为微流分配芯片的正视图，图2(b)为沿着I-I方向的截面视图，21a为根微流通道，21b为由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道，22为微流通道的入口，23为微流通道的出口。两条由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道21b与根微流通道21a一起形成字母Y形。
实施例3
下面将参照附图3对另一种具有一组微流通道树的微流分配芯片的结构进行详细说明。图3(a)为微流分配芯片的正视图，图3(b)为沿着I-I方向的截面视图，31a为根微流通道，31b为由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道，32为微流通道的入口，33为微流通道的出口。两条由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道31b与根微流通道31a一起形成字母T形。
实施例4
下面将参照附图4对第三种具有一组微流通道树的微流分配芯片的结构进行详细说明。图4(a)为微流分配芯片的正视图，图4(b)为沿着I-I方向的截面视图，41a为根微流通道，41b为由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道，42为微流通道的入口，43为微流通道的出口。两条由根微流通道经过二分叉而形成的新的微流通道31b与根微流通道31a一起形成字母T形。整个微流通道树以根微流通道41a为轴左右对称，41b通过一个弧形部分44转到与根微流通道平行的方向上，除上述弧形部分44外，微流通道的其他部分都是直线形。
实施例5
下面将参照附图5对第四种具有一组微流通道树的微流分配芯片的结构进行详细说明。图5(a)为微流分配芯片的正视图，图5(b)为沿着I-I方向的截面视图，图5(c)为沿着II-II方向的截面视图。本实施例中的微流分配芯片的结构与实施例4中的相似，不同的是微流通道出口所在的侧壁的平面与微流分配芯片所在的平面呈一个锐角α，从微流通道中流出的液体样品在表面张力和重力的作用下集中在锐角的顶端，这样有利于将液体样品分配到准确的位置。
实施例6
下面将参照附图6对具有两个微流层和两组微流通道树的微流分配芯片的结构进行详细说明。图6(a)为微流分配芯片的正视图，图6(b)为沿着I-I方向的截面视图，图6(c)为沿着II-II方向的截面视图。上层的微流层中的微流通道用黑色实线表示，而下层的微流层中的微流通道用灰色实线表示。两组微流通道树可以分配不同的液体样品，如图6(c)所示，操作过程中，两种不同的液体样品在微流分配芯片下端汇聚并混合。
实施例7
下面将参照附图7对由柔性材料构成的具有一个微流层和一个微流控制层的微流分配芯片的结构进行详细说明。图7(a)为微流分配芯片的正视图，图7(b)为沿着I-I方向的截面视图，图7(c)为沿着II-II方向的截面视图。上层为微流控制层，其中的微流控制通道用黑色实线表示；下层为微流层，其中的微流通道用灰色实线表示。微流控制通道一共有四条，分别为751、752、753和754，具有出口的微流通道一共四条，分别为731、732、733和734。微流控制通道在微流分配芯片上只有一个开口，另一端被封死在微流分配芯片内部，其中通入气体，气体的压力可以根据需要调节。微流控制通道在与微流通道相交的某些位置设有膨大的腔体(如图7(a)中的黑色方框所示，此膨大的腔体即权利要求12所述的集成弹性液压阀门)，因此在这些部位，微流通道与微流控制通道之间的壁较薄(如图7(b)所示)。当微流控制通道中的气压超过一个临界值Pc的时候，膨大的腔体便会发生膨胀，从而将下层对应位置的微流通道堵死。图7(c)表示了751通道中气压未超过Pc，而753通道中气压超过Pc的情况。这样，通过控制微流控制通道中气压的大小，便可以随意控制每个微流分配通道的开和闭。例如，如果要将732通道打开，同时将其他的微流分配通道关闭，则只需把752和754通道的气压降低到Pc以下，同时把751和753通道的气压升高到Pc以上即可。
实施例8
下面将参照附图8对具有多个微井的微流承载芯片的结构进行详细说明。图8(a)为微流承载芯片的正视图，图8(b)为沿着I-I方向的截面视图。81为微井，82为微井内表面，83为微井承载芯片的外表面。微井在微流承载芯片上的排列应与配套使用的微流分配芯片相适应，例如，如果微流分配芯片的微流分配出口是等间距地排列的，则微井也应当以相同的等间距排列在微流承载芯片上。82和83涂覆有亲水性能相反的材料。
实施例9
微流分配芯片的制备。下面将参照附图9对仅包括一个微流层的微流分配芯片(如实施例1-5中的微流分配芯片)的制备方法进行详细说明。(a)准备一块3″的硅片，对其表面进行清洗并烘干。(b)在硅片上旋涂上一层约100μm的光刻胶SU-8；准备一块具有微流通道图案的镂空的遮光板，在遮光板的遮挡下对SU-8用300mJ/cm2中心波长为365nm的紫外光进行照射，然后将SU-8在65℃烘烤3分钟，95℃烘烤10分钟，用显影剂显影，最后将硅片在150℃烘烤3小时以使SU-8充分交联，从而得到微流分配芯片的模板。(c)室温下，将模板在三甲基氯硅烷的蒸汽中处理5分钟，再在其上覆盖一层4mm未固化的PDMS，然后在80℃烘烤1小时固化PDMS。(d)将固化好的PDMS从模板上揭下来，在预定的位置打孔形成微流入口。(e)将此PDMS层的具有微流通道那一面与一个已固化的PDMS薄层粘结在一起，然后在80℃烘烤过夜对PDMS进行充分固化。(f)在合适的位置用刀片切除掉多余的PDMS，以形成微流出口。
实施例10
具有多个微流层、或者具有多个微流层和微流控制层的微流分配芯片制备。制备方法与实施例9中的微流分配芯片的制备方法相似。如果不同层的通道的结构不相同，则应当重复实施例9中的(a)和(b)步骤，分别得到不同图案的模板，再分别利用各自的模板制备具有不同结构的通道的PDMS层，最后把这些PDMS层粘接在一起充分固化，形成微流出口和入口后即可。如果不同层的通道的结构相同，则可以用同一个模板制备得到所需数量的PDMS层，然后把这些PDMS层粘接在一起充分固化，形成微流出口和入口后即可。
实施例11
具有微井的微流承载芯片的制备。准备一块一面涂覆有铬膜的玻璃板，在铬膜上旋涂一层SU-8，在具有设计好图案的遮光板的遮挡下对SU-8用150mJ/cm2中心波长为365nm的紫外光进行照射，然后将SU-8在65℃烘烤3分钟，95℃烘烤10分钟，用显影剂显影，然后将玻璃片在150℃烘烤3小时以使SU-8充分交联。用刻蚀剂对铬膜进行刻蚀，刻蚀过的铬膜随后用做刻蚀玻璃的掩模板。最后用氢氯酸和氢氟酸的混合酸(摩尔比HCl∶HF∶H2O＝1∶1∶2)对玻璃板进行刻蚀。刻蚀完成后，玻璃板上便形成了微井，微井容量的大小可以由掩模板图案的尺寸以及刻蚀的时间控制。微井承载芯片的外表面用1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷进行修饰，以形成疏水的外表面。具体做法是：将5微升1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷溶于2.5毫升甲苯形成溶液，取0.8毫升此溶液旋涂到一个硅片上，然后将溶液印到一个平整的PDMS印章上，再将涂有溶液的PDMS印章平面与微井承载芯片的外表面接触20分钟，微井承载芯片的外表面即涂覆上了一层疏水的1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，接触角为95°。
实施例12
下面将参照附图10和11对微流分配装置的工作过程进行详细说明。微流分配芯片和具有微井阵列的微流承载芯片分别按照实施例9和11的方法制备。具有微井阵列的微流承载芯片的结构示意图见图8，微流分配芯片的结构示意图见图4。微流通道的横截面尺寸为100μm×100μm，微井的容积约为120纳升。由于在微流分配装置的工作过程中，微流分配芯片与微流承载芯片的相对位置对于操作精度至关重要，使用了一个由计算机控制的三维移动平台来控制芯片的移动。微流通道中的液体样品在压缩空气的驱动下流动，可以通过调节压缩空气压强的大小方便地调节微流分配的速度。图10(a)是分配微流之前的状态；图10(b)是微流分配过程中的状态，从中可以清楚地看到微流通道出口处挂着液体样品的小液滴；图10(c)是分配了液体样品的微流承载芯片，分配方式为隔行分配；图10(d)为图10(c)中虚线框部分的放大图；图10(e)为分配了荧光素溶液的微流承载芯片的荧光显微照片。使用本实施例中的微流分配装置可以准确地分配几纳升到几百纳升的液体样品，当一次分配115纳升的液体样品的时候，不同通道之间的误差小于6％。
图11详细展示了微流分配装置的工作过程，分配的液体样品为硫氰化钾水溶液。图11(a)：在三维平台的控制下，微流分配芯片的微流出口向微井移动；图11(b)：在脉冲压力的驱动下生成一个液滴；图11(c)：液滴不断增大，接触并浸润到微井亲水的内表面；图11(d)：微流分配芯片继续前移，液滴便留在了微井里。由这个过程可以看到，相邻的微井里的液体样品不会相互污染。
实施例13
微流分配装置的工作过程。本实施例的微流分配装置中的微流分配芯片结构示意图见图7。图12清楚地展示了该微流分配装置的工作过程。图12(a)：具有8个分配通道的微流分配芯片的外观图；图12(b)：右起第1个微流通道被打开，而其他的微流通道被关闭；图12(c)：右起第3个微流通道被打开，而其他的微流通道被关闭；图12(d)-(f)：用微流分配芯片在不同的位置分配液体样品形成的图形字母“N”、锯齿状和“PKU”。

Claims (12)

1.一种微流分配装置，包括一个微流分配芯片，所述微流分配芯片具有至少一个微流层；所述至少一个微流层中具有至少两条并列的微流通道或者至少一组由一条根微流通道经过至少一次分叉而形成的微流通道树；所述至少两条并列的微流通道中，其中每一条微流通道在微流分配芯片上都具有两个开口，其中的一个开口为微流入口，另外一个开口为微流出口；所述微流通道树中，根微流通道在微流分配芯片上的开口为微流入口，而其他由分叉形成的微流通道在微流分配芯片上的开口为微流出口；所述微流通道横截面积为1μm2～1mm2，且除了入口、出口与外界相通外，其他部分都在微流分配芯片的内部；其特征在于：
所述微流出口位于微流分配芯片的侧壁上，所述侧壁所在的平面与微流分配芯片所在平面的夹角为锐角；所述微流分配装置还包括与微流分配芯片配合使用的可以接受微流分配芯片分配出来的液体样品的微流承载芯片。
2.根据权利要求1所述的微流分配装置，其特征在于所述微流承载芯片上设置有至少两个可以用来容纳微流分配芯片分配出来的液体样品的微井，微井的排列方式与微流分配芯片上的微流通道出口的排列方式相适应。
3.根据权利要求2所述的微流分配装置，其特征在于微流通道树的分叉为二分叉，由一条微流通道经过二分叉而形成两条新的微流通道，上述三条微流通道一起形成字母Y形或者字母T形，新的微流通道又进行二分叉。
4.根据权利要求3所述的微流分配装置，其特征在于微流通道树以根微流通道为轴左右对称，分叉形成的新的微流通道通过一个弧形部分转到与根微流通道平行的方向上，除上述弧形部分外，微流通道的其他部分都是直线形。
5.根据权利要求4所述的微流分配装置，其特征在于微井内表面涂覆有亲水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆有疏水材料；或者微井内表面涂覆有疏水材料，而微井开口那一侧的微流承载芯片外表面涂覆有亲水材料。
6.根据权利要求5所述的微流分配装置，其特征在于微流出口等间距地排列在微流分配芯片的同一个侧壁上。
7.根据权利要求6所述的微流分配装置，其特征在于所述侧壁所在的平面与微流分配芯片所在的平面的夹角为10°～80°。
8.根据权利要求7所述的微流分配装置，其特征在于所有微流通道的横截面积相同。
9.根据权利要求1-8的任意一项所述的微流分配装置，其特征在于微流分配芯片由柔性材料构成。
10.根据权利要求9所述的微流分配装置，其特征在于微流分配芯片还包括至少一个微流控制层，微流控制层具有微流控制通道，微流控制通道在与微流通道对应的位置设有可以控制微流通道开或闭的阀门。
11.根据权利要求10所述的微流分配装置，其特征在于所述阀门为集成弹性液压阀门。
12.根据权利要求1所述的微流分配装置中的微流分配芯片的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)准备一块具有微流通道图案的镂空的遮光板；
(2)在一块基板上均匀地涂覆一层光刻胶，烘烤使其固化；
(3)在遮光板的遮挡下，使用紫外光对光刻胶进行曝光；
(4)用显影剂对光刻胶进行显影，得到具有微流通道图案的模板；
(5)在模板上涂覆一层未固化的可塑性聚合物，对其进行固化后将其从模板上揭下，在微流通道的合适位置打孔以形成微流入口；
(6)在基片上涂覆一层未硬化的可塑性聚合物并对其固化，将其与步骤(5)中得到的聚合物层的具有微流通道的那一面粘结在一起，将粘结在一起的聚合物层进一步固化；
(7)从基片上取下已固化的聚合物层，沿着微流通道的终端切除掉多余的聚合物以形成微流出口，切割形成的侧壁所在的平面与微流分配芯片所在平面的夹角为锐角。
CN200910081873A 2009-04-14 2009-04-14 微流分配装置、其制备方法及用途 Expired - Fee Related CN101533005B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910081873A CN101533005B (zh) 2009-04-14 2009-04-14 微流分配装置、其制备方法及用途
PCT/CN2010/000494 WO2010118637A1 (zh) 2009-04-14 2010-04-14 微流分配装置、其制备方法及用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910081873A CN101533005B (zh) 2009-04-14 2009-04-14 微流分配装置、其制备方法及用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101533005A CN101533005A (zh) 2009-09-16
CN101533005B true CN101533005B (zh) 2012-10-10

Family

ID=41103735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910081873A Expired - Fee Related CN101533005B (zh) 2009-04-14 2009-04-14 微流分配装置、其制备方法及用途

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101533005B (zh)
WO (1) WO2010118637A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107635664A (zh) * 2015-03-19 2018-01-26 国际商业机器公司 具有抗湿、排气区域的微流体设备

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533005B (zh) * 2009-04-14 2012-10-10 北京大学 微流分配装置、其制备方法及用途
JP5250574B2 (ja) * 2010-02-10 2013-07-31 富士フイルム株式会社 マイクロ流路デバイス
CN101907631B (zh) * 2010-07-19 2012-07-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 微流控芯片内的双液体毛细微流控制阀及其制作方法
CN102553506A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 国家纳米技术与工程研究院 一种利用光刻在pdms上直接形成图形的方法
KR20130135111A (ko) * 2012-05-30 2013-12-10 나노바이오시스 주식회사 다-채널 액체 분배 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
US10248765B1 (en) 2012-12-05 2019-04-02 Theranos Ip Company, Llc Systems, devices, and methods for bodily fluid sample collection, transport, and handling
US9386948B2 (en) 2012-12-05 2016-07-12 Theranos, Inc. Systems, devices, and methods for bodily fluid sample transport
CN111366442A (zh) * 2013-03-15 2020-07-03 赛拉诺斯知识产权有限责任公司 用于样品收集和样品分离的方法和装置
CN105478177A (zh) * 2014-09-18 2016-04-13 苏州贝和医疗科技有限公司 一种用于数字pcr的液滴生成装置及方法
CN104597228B (zh) * 2015-01-20 2016-06-15 重庆科技学院 一种细胞流体形态观察芯片及使用方法
US10371606B2 (en) 2015-07-21 2019-08-06 Theraos IP Company, LLC Bodily fluid sample collection and transport
WO2017044888A1 (en) 2015-09-09 2017-03-16 Theranos, Inc. Methods and devices for sample collection and sample separation
CN105567560A (zh) * 2015-12-30 2016-05-11 西安交通大学 一种集成式液滴微流控芯片
CN105797791B (zh) * 2016-03-16 2017-11-03 清华大学深圳研究生院 一种微流体离子源芯片及其制备方法
CN105903501B (zh) * 2016-04-18 2018-12-28 南京大学 一种聚二甲基硅氧烷-纸复合芯片及其制法和用途
CN105838603B (zh) * 2016-05-12 2018-02-06 辽宁中医药大学 用于多种肿瘤细胞同时在线筛选的多功能集成微流控芯片
WO2018022022A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic apparatuses
US11857966B1 (en) 2017-03-15 2024-01-02 Labrador Diagnostics Llc Methods and devices for sample collection and sample separation
CN107051599A (zh) * 2017-05-15 2017-08-18 深圳先进技术研究院 微流控芯片及微流控芯片控制方法
CN106994371A (zh) * 2017-06-06 2017-08-01 吉林大学 基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件及其制备方法
CN107999155A (zh) 2017-12-25 2018-05-08 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置
DE102018203047A1 (de) * 2018-03-01 2019-09-05 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidische Vorrichtung
CN108956558B (zh) * 2018-05-24 2023-09-15 深圳市帝迈生物技术有限公司 一种微流控芯片和免疫荧光分析仪
JP7246041B2 (ja) * 2018-11-07 2023-03-27 ウシオ電機株式会社 細胞培養チップ及びその製造方法
CN109806920A (zh) * 2019-01-28 2019-05-28 湘潭大学 一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法
CN110628567B (zh) * 2019-09-25 2021-04-02 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 超高通量单细胞核酸分子实时荧光定量分析芯片
CN110713900A (zh) * 2019-11-05 2020-01-21 深圳先进技术研究院 一种分离捕获单细胞的微流控芯片及其制备方法和应用
KR102227970B1 (ko) * 2019-11-26 2021-03-15 주식회사 바이오티엔에스 미세 액적 생성 장치
CN111057649B (zh) * 2019-12-31 2023-02-07 复旦大学 一种微流控芯片及其制备方法与应用
DE102021204570A1 (de) * 2021-05-06 2022-11-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Dosierkopf und Fluidiksystem zur Aufnahme und Dosierung wenigstens eines Mediums
CN116351482A (zh) * 2021-12-27 2023-06-30 Tcl科技集团股份有限公司 微流控芯片、微反应系统和量子点的制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010089295A (ko) * 1998-10-13 2001-09-29 마이클 알. 맥닐리 수동 유체 동역학에 의한 유체회로 및 유체회로내에서의방법
US6637463B1 (en) * 1998-10-13 2003-10-28 Biomicro Systems, Inc. Multi-channel microfluidic system design with balanced fluid flow distribution
US6749814B1 (en) * 1999-03-03 2004-06-15 Symyx Technologies, Inc. Chemical processing microsystems comprising parallel flow microreactors and methods for using same
WO2001075176A2 (en) * 2000-04-04 2001-10-11 California Institute Of Technology Methods and systems for molecular fingerprinting
CA2493700A1 (en) * 2002-07-26 2004-02-05 Applera Corporation Micro-channel design features that facilitate centripetal fluid transfer
EP2543433A1 (en) * 2005-04-08 2013-01-09 Velocys Inc. Flow control through plural, parallel connecting channels to/from a manifold
CN1948966B (zh) * 2005-10-13 2010-09-01 财团法人工业技术研究院 微流道生物芯片
WO2007062666A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Technical University Of Denmark Fluidics device for assay
CN1928534B (zh) * 2006-09-29 2011-02-09 西安交通大学 微流动注射式化学发光芯片的制备方法
CN101533005B (zh) * 2009-04-14 2012-10-10 北京大学 微流分配装置、其制备方法及用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乐军等.微通道内气-液传质研究.《化工学报》.2006,第57卷(第06期),1296-1303. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107635664A (zh) * 2015-03-19 2018-01-26 国际商业机器公司 具有抗湿、排气区域的微流体设备
CN107635664B (zh) * 2015-03-19 2020-07-07 国际商业机器公司 具有抗湿、排气区域的微流体设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010118637A1 (zh) 2010-10-21
CN101533005A (zh) 2009-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101533005B (zh) 微流分配装置、其制备方法及用途
US20030012697A1 (en) Assembly microchip using microfluidic breadboard
EP2621631B1 (en) Microfluidic device for production and collection of droplets of a fluid
Lei Materials and fabrication techniques for nano-and microfluidic devices
US20040109793A1 (en) Three-dimensional microfluidics incorporating passive fluid control structures
CN101696916B (zh) 基于芯片一体化取样探针的液滴分析筛选装置
EP2846913B1 (en) Microfluidic devices for multi-index biochemical detection
Su et al. 3D printed microfluidics: advances in strategies, integration, and applications
CN109012774B (zh) 液滴生成装置、液滴微流控芯片及应用
CN101520034A (zh) 集成常闭pdms微阀及制备工艺和含有该微阀的微泵
WO2021208872A1 (zh) 基于电流体动力学的微流控芯片、微量点样装置及方法
JP2009047438A (ja) マイクロ流路チップ
CN104718153B (zh) 用于生产结构化的微载体的方法
Wang et al. A chip-to-chip nanoliter microfluidic dispenser
CN103062480A (zh) 一种基于微流控芯片的光响应微阀及其制备方法
EP3248681A1 (en) Microfluidic device defining an array of sample chambers
US20100059120A1 (en) Microfluidic device and methods for droplet generation and manipulation
Jin et al. Microfluidic dual loops reactor for conducting a multistep reaction
CN108187767B (zh) 一种可编程模块化的pdms微流控芯片模具系统
CN2565022Y (zh) 一种三层结构的微流体芯片
US9956558B2 (en) Reconfigurable microfluidic systems: homogeneous assays
CN210171475U (zh) 一种微液滴产生装置
CN113522387A (zh) 一种双向主动微流控芯片及其应用方法
CN106238113A (zh) 一种微流控芯片及其制作工艺
CN110743636A (zh) 一种液滴生成芯片及其制备方法和在单细胞测序中的用途

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121010

Termination date: 20150414

EXPY Termination of patent right or utility model