CN102896010B

CN102896010B - 一种微流控分离芯片、分离器及超滤装置

Info

Publication number: CN102896010B
Application number: CN201210419557.XA
Authority: CN
Inventors: 赵刚; 朱凯旋; 高大勇
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102896010A

Abstract

本发明提供了一种微流控分离芯片，包括第一平板和第二平板，其中所述第一平板具有凹部，所述第二平板具有由微通道和至少一条与所述微通道的末端连通的汇流通道组成的超滤区域，所述凹部覆盖部分所述微通道，所述汇流通道与所述凹部不连通，并所述微流控分离芯片有至少一个输入口、至少一个第一输出口及至少一个第二输出口。本发明的主要优点在于在分离活性颗粒时，不需要对活性颗粒施加过大的外力，从而有效减小了活性颗粒的损伤，可安全便捷地分离液体中的固体颗粒。

Description

一种微流控分离芯片、分离器及超滤装置

技术领域

本发明涉及微流控领域，特别涉及一种能分离液体中的固体颗粒的微流控分离芯片、分离器及超滤装置。

背景技术

常规的液体中固体颗粒的分离方式主要有膜过滤及离心过滤等，其中膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的。离心过滤是指以离心力作为推动力，在具有过滤介质(如滤网、滤布)的有孔转鼓中加入悬浮液，固体颗粒截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，最后完成滤液和滤饼分离的过滤操作。但以上方法在分离液体中的活性颗粒时，这里的活性颗粒主要指带有活性的粒子如细胞等，因压力或者离心力的作用将较大的损伤活性颗粒的活性。

例如血液中的血小板广泛地应用于临床医疗和生物制品等行业，在使用时通常需要将血小板单独分离出来，若采用离心过滤法去分离则需要对血液施加离心力，采用膜过滤法去分离则需要施加外力去驱动血液通过分离膜，以上两种方法都会对血小板产生挤压进而较大地损伤血小板，损伤的血小板活性大大降低，将严重的影响其进一步地使用。

因此，如何安全地分离液体中的颗粒特别是活性颗粒成为过滤领域中的难题。

发明内容

本发明提供了一种微流控分离芯片，结构简单，可安全便捷地分离液体中的固体颗粒。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案在于提出了一种微流控分离芯片，其包括第一平板和第二平板；其中

所述第一平板具有凹部，所述凹部周围设置有至少一个第一输入口、至少一个第一主输出口和至少一个第一次输出口，所述第一输入口和所述第一主输出口与所述凹部相通；

所述第二平板具有由微通道和至少一条与所述微通道的末端连通的汇流通道组成的超滤区域，所述超滤区域周围设置有至少一个第二输入口、至少一个第二主输出口和至少一个第二次输出口，所述第二次输出口与所述汇流通道相通；

所述凹部覆盖部分所述微通道，并所述汇流通道与所述凹部不连通，所述第一输入口和所述第二输入口对应设置并形成所述微流控分离芯片的输入口，所述第一主输出口和所述第二主输出口对应设置并形成所述微流控分离芯片的第一输出口，所述第一次输出口和所述第二次输出口对应设置并形成所述微流控分离芯片的第二输出口。

优选地，所述凹部矩形设置，并所述凹部内具有矩阵排列的圆柱。

优选地，所述微通道平行设置，并所述微通道和所述汇流通道垂直设置。

优选地，所述微通道和所述汇流通道为矩形或半圆形形状；其中

所述矩形微通道的宽为0.4～2.5μm，深为0.4～2.5μm，长为1～10cm；

所述半圆形微通道的直径为0.4～2.5μm，长为1～10cm；

所述矩形汇流通道的宽为100～300μm，深为100～300μm，长为20～40cm；

所述半圆形汇流通道的直径为100～300μm，长为20～40cm。

优选地，所述微流控分离芯片的材料可为聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲脂或聚对二甲苯或聚四氟乙烯。

进一步地，所述圆柱的直径为100～200μm，高为400～600μm，相邻圆柱的间距为1～2mm。

此外，本发明还提出了一种微流控分离器，由多个上述任一项所述的微流控分离芯片叠加组成，多个所述微流控分离芯片的输入口对应设置并形成贯通微流控分离器的输入通道，多个所述微流控分离芯片的第一输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第一输出通道，多个所述微流控分离芯片的第二输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第二输出通道。

此外，本发明还提出了一种微流控超滤装置，包括由多个上述任一项所述的微流控分离芯片组成的微流控分离器及多个分别与所述微流分离器的输入通道、第一输出通道和第二输出通道连接的流量控制装置。

优选地，所述流量控制装置为蠕动泵。

本发明提供的微流控分离芯片，包括第一平板和第二平板，并在第二平板上具有微通道和汇流通道，在分离活性颗粒时，不需要对活性颗粒施加过大的外力，从而有效减小了活性颗粒的损伤，可安全便捷地分离液体中的固体颗粒。此外，微通道和汇流通道可以有不同的尺寸规格，适用于分离液体中各种尺寸大小的固体颗粒，且本发明提供的微流控分离芯片对处理样品量的要求标准低，最低时可以处理几毫升的样品，且对样品量的上限没有要求，成本低，便于推广。

附图说明

图1为本发明实施例一的微流控分离芯片的结构示意图。

图2A为本发明实施例一的微流控分离芯片的第一平板的结构示意图。

图2B为本发明实施例一的微流控分离芯片的第二平板的结构示意图。

图3为本发明实施例二的微流控分离芯片的结构示意图。

图4A为本发明实施例二的微流控分离芯片的第一平板的结构示意图。

图4B为本发明实施例二的微流控分离芯片的第二平板的结构示意图。

图5为图3A-A横截面的结构示意图。

图6为图3B-B横截面的结构示意图。

图中标示如下：

微流控分离芯片-1，输入口-2，第一输出口-3，第二输出口-4，第一平板-5，凹部-6，第一输入口-7，第一主输出口-8，第一次输出口-9，第二平板-10，超滤区域-11，微通道-12，汇流通道-13，第二输入口-14，第二主输出口-15，第二次输出口-16，圆柱-17。

具体实施方式

为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

请参阅图1，为本发明微流控分离芯片的实施例1的结构示意图。如图所示，在该实施例中，微流控分离芯片有上有三个通孔，分别为输入口2、第一输出口3和第二输出口4。其中输入口为液体注入微流控分离芯片的通孔，第一输出口为液体中较大固体颗粒的输出通孔，第二输出口为液体中较小固体颗粒的输出通孔。

请参阅图2A，为本发明微流控分离芯片的实施例1的第一平板的结构示意图。如图所示，第一平板5具有矩形设置的凹部6，第一平板的凹部可有圆形、方形、椭圆形等多种选择。在凹部6周围设置有一个第一输入口7、一个第一主输出口8和一个第一次输出口9，其中第一输入口7和第一主输入口8与凹部6相通。本发明中的第一主输出口及第一次输出口中主、次命名并不表示输入口作用的主次，而只是用于区分各输入口作用的不同。

请参阅图2B，为本发明微流控分离芯片的实施例1的第二平板的结构示意图。如图所示，第二平板10有多条平行的微通道12，并微通道12的一端连通汇流通道13，微通道12和汇流通道13组成的超滤区域11周围设置有一个第二输入口14、一个第二主输出口15和一个第二次输出口16，第二次输出口16与汇流通道13相通。在本实施例中，微通道12和汇流通道13为矩形设置，矩形微通道12的宽为0.4～2.5μm，深为0.4～2.5μm，长为1～10cm，矩形汇流通道13的宽为100～300μm，深为100～300μm，长为20～40cm。

此外，该微流控分离芯片的第一输入口、第一输出口和第二输出口可根据具体需求设置多个，为此，本发明提出了如下的实施例。

实施例2

请参阅图3，为本发明微流控分离芯片的实施例2的结构示意图。如图所示，在该实施例中，微流控分离芯片有上有六个通孔，分别为两个输入口2、两个第一输出口3和两个第二输出口4。

请参阅图4A，为本发明微流控分离芯片的实施例2的第一平板的结构示意图。如图所示，第一平板5具有矩形设置的凹部6，并在凹部6内设置有具有矩阵排列的圆柱17。在本实施例中，圆柱的直径为100～200μm，高为400～600μm，相邻圆柱的间距为1～2mm。在凹部6周围设置有两个第一输入口7、两个第一主输出口8和两个第一次输出口9，其中第一输入口7和第一主输出口8与凹部6相通。在本发明中，多个第一输入口、第一主输出口和第一次输出口的位置可根据具体需求设置在凹部的周围。

请参阅图4B，为本发明微流控分离芯片的实施例2的第二平板的结构示意图。如图所示，第二平板10有多条平行的微通道12，并微通道12的末端分别连通汇流通道13，微通道12和两条汇流通道13组成的超滤区域周围设置有两个第二输入口14、两个第二主输出口15和两个第二次输出口16，第二次输出口16与汇流通道13相通。在本实施例中，微通道12和汇流通道13为矩形设置，且微通道12和汇流通道13的参数设置与实施例1相同。

请参阅图5，为图3A-A横截面的结构示意图。如图所示，微通道12与汇流通道13连通，凹部6覆盖部分微通道12，并汇流通道13与凹部6不连通。

请参阅图6，为图3B-B横截面的结构示意图。如图所示，第二输出口4与汇流通道13连通。

以上对本发明的微流控分离芯片的实施例及效果进行了详细的描述，此外，本发明还提供了由多个上述任一项所述的微流控分离芯片组成的微流控分离器，可以根据用户的具体需求，设置微流控分离芯片的个数，多个所述微流控分离芯片的输入口对应设置并形成贯通微流控分离器的输入通道，所述输入通道为液体的注入孔，多个所述微流控分离芯片的第一输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第一输出通道，所述第一输出通道为液体的中大固体颗粒的输出孔，多个所述微流控分离芯片的第二输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第二输出通道，所述第二输出通道为液体中小固体颗粒的输出孔，这里的大固体颗粒及小固体颗粒中大、小命名指的是小固体颗粒的粒径小于大固体颗粒的粒径。

此外，本发明还提出了一种微流控超滤装置，包括由多个如上述的任一项所述的微流控分离芯片组成的微流控分离器及多个分别与所述微流分离器的输入通道、第一输出通道和第二输出通道连接的流量控制装置。在一优选实施例中，流量控制装置可选择为蠕动泵。

在具体的应用中，采用微流控超滤装置来分离液体中的固体颗粒，与微流控分离器的输入通道相连的蠕动泵向微流控超滤装置输入液体，与微流控分离器的第一输出通道相连的蠕动泵抽取出液体中的大颗粒，与微流控分离器的第二输出通道相连的蠕动泵抽取出液体中的小颗粒，从而安全便捷的分离开了液体中的固体颗粒。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims

1.一种微流控分离芯片，其特征在于，包括第一平板和第二平板；其中

2.如权利要求1所述的微流控分离芯片，其特征在于，所述凹部矩形设置，并所述凹部内具有矩阵排列的圆柱。

3.如权利要求1所述的微流控分离芯片，其特征在于，所述微通道平行设置，并所述微通道和所述汇流通道垂直设置。

4.如权利要求1所述的微流控分离芯片，其特征在于，所述微通道和所述汇流通道为矩形或半圆形形状；其中

当所述微通道为矩形时，其宽为0.4～2.5μm，深为0.4～2.5μm，长为1～10cm；

当所述微通道为半圆形时，其直径为0.4～2.5μm，长为1～10cm；

当所述汇流通道为矩形时，其宽为100～300μm，深为100～300μm，长为20～40cm；

当所述汇流通道为半圆形时，其直径为100～300μm，长为20～40cm。

5.如权利要求1所述的微流控分离芯片，其特征在于，所述微流控分离芯片的材料为聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲脂或聚对二甲苯或聚四氟乙烯。

6.如权利要求2所述的微流控分离芯片，其特征在于，所述圆柱的直径为100～200μm，高为400～600μm，相邻圆柱的间距为1～2mm。

7.一种微流控分离器，由多个如权利要求1-6中任一项所述的微流控分离芯片叠加组成，多个所述微流控分离芯片的输入口对应设置并形成贯通微流控分离器的输入通道，多个所述微流控分离芯片的第一输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第一输出通道，多个所述微流控分离芯片的第二输出口对应设置并形成贯通微流控分离器的第二输出通道。

8.一种微流控超滤装置，包括由多个如权利要求7中所述的微流控分离器及多个分别与所述微流控分离器的输入通道、第一输出通道和第二输出通道连接的流量控制装置。

9.如权利要求8所述的微流控超滤装置，其特征在于，所述流量控制装置为蠕动泵。