CN104607258A - 一种阶梯型微球筛选芯片及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阶梯型微球筛选芯片及使用方法，其特征在于芯片体的一端开有进样孔，主通道一端与进样孔连通，另一端分为两侧两条支通道，每条支通道各自联通一条台阶筛选通道；两条台阶筛选通道在通过7~10级阶梯后汇入到一起，与出样孔连接；使用方法包括进样和筛选操作。本发明有益效果是各型号规格芯片能够组成多组多级筛选不同粒径区间的微球，提高了筛选工作效率。芯片制作方便简单，使用成本低廉，可批量大规模生产和使用。

Description

一种阶梯型微球筛选芯片及使用方法

技术领域

本发明涉及一种新型阶梯型微球筛选芯片，从使用上讲，是材料学制备筛选微粒用的一种阶梯型微球筛选芯片及使用方法。

背景技术

目前，随着材料学在纳微领域的技术发展，材料学对纳微微粒的研究和使用越来越多，特别是微纳米级别的微粒制备和筛选，越受人关注。微流控技术是在近些年发展起来的微型实验室技术，主要用于生物医学和化学监测等领域，在材料学的制备和应用方面研究应用的不多。在许多复合微粒的合成制备中，大多是利用液体作为载体，合成的哪位复合微球，也是在溶液中形成，那么如何迅速筛选溶液中的复合要求尺寸的合格微球，不仅是目前材料制备方面需要解决的一个问题。同时也是如何将微流控技术运用到微球的制备和筛选中去的一个研究开发的热点。

因此，需要开发一种专业的微流控技术的微球筛选芯片，用于材料学方面的微球材料的筛选。

发明内容

本发明的技术方案为：一种阶梯型微球筛选芯片，其主要由进样孔，台阶筛选通道和出样孔三部分组成，其特征在于：在芯片体的一端开有进样孔，长5-10mm的主通道一端与进样孔连通，另一端分为两侧两条支通道，每条支通道各自联通一条台阶筛选通道。这样设计增加筛选的效率。两条台阶筛选通道的阶梯走向均向着内侧的主通道的中间线，在通过7~10级阶梯后汇入到一起，通过5-10mm长的通道与出样孔连接。这样设计便于出样的收集，也利于通道的集中排布设计。每条台阶筛选通道的每一个阶梯的拐角的一侧和上一阶与下一阶连接拐角，都对称加工有1个阶角微通道；也就是在每个通道拐角两侧壁，只有一侧的一个角加工有阶角微通道，同一拐角对面没有阶角微通道。每条阶角微通道都连接一个收集池，这是主要的筛选结构，利用在微通道中的平流流体在拐角处的混合和细小湍流，将流体中的微球集中在拐角处，利用阶角微通道的尺寸进行筛选微球。每条台阶筛选通道的阶梯外侧拐角的收集池，通过收集池出样通道与双侧收集主通道相连，双侧收集主通道平行于主通道的中间线，并且通向在出样孔一端的双侧负压收集出孔；在每条台阶筛选通道的阶梯内侧拐角的收集池，通过收集池出样通道与在主通道的中间线上的中间收集主通道相连，中间收集主通道朝向出样孔一端连通中间负压收集出孔，另一端连通备用压力孔。收集池的设计是为了缓冲流速，便于通过阶角微通道的速度稳定，有利于筛选，避免流速太快堵塞通道的发生。同时也有存储作用。双侧收集主通道、中间收集主通道及其它通道的平行规整设计，其一有利于流体的流动，其二便于微流控芯片的加工制作。

上述技术方案中，所述台阶筛选通道的每一级阶梯尺寸一致为阶长10~15mm，梯台高5mm。长高比是保证微流体通道的长度，保证压差。考虑到芯片的大小，此比例满足产生溶液相混即可。在台阶筛选通道的每一级阶梯的阶角前面，都无规则分布有5-6个长度和粗细不相等的扰流柱，扰流柱高不超过台阶筛选通道深度的4/5。扰流柱目的在于增强扰流，使层流发生扰动湍流。台阶筛选通道的阶角微通道的宽度在5μm~300μm之间，有2~8个规格，阶角微通道的规格是为了筛选不同尺寸的微球。例如，阶角微通道的规格有：300μm、200μm、100μm、70μm、50μm、30μm、10μm、5μm。每片芯片的2条台阶筛选通道的阶角微通道的宽度尺寸一致，这样设计使每个筛选芯片的筛选的微球规格一致，同时也利于芯片的使用方便。支通道和台阶筛选通道的宽度是主通道宽度的4/5，收集池出样通道的宽度是阶角微通道宽度的2~5倍；双侧收集主通道和中间收集主通道的宽度均为0.5mm。这样保证各个通道的流体压力差，有利于液体在微通道的流动，同时，对主要筛选流动影响小的通道，采用固定尺寸，有利于芯片的加工。每片芯片的通道深度一致，有利于新品加工。各芯片的通道深度根据阶角微通道的宽度2~8个规格，依次对应在10μm~1000μm之间2~8个规格。例如，阶角微通道的规格有：300μm、200μm、100μm、70μm、50μm、30μm、10μm、5μm，分别对应通道深度为：1000μm、800μm、300μm、200μm、100μm、100μm、50μm、10μm。这有利于芯片的规格制定，和批量化生产与使用。

使用权利要求1-2所述的一种阶梯型微球筛选芯片的方法，操作步骤如下：操作时，根据筛选微球粒径区间，选择阶角微通道的宽度尺寸一大一小的2片芯片，例如阶角微通道的宽度100μm和70μm的2片芯片。先将阶角微通道的宽度100μm尺寸大的芯片的双侧负压收集出孔、中间负压收集出孔和备用压力孔关闭，打开出样孔，将去离子水从进样孔加压注入，直至出样孔有去离子水流出，再打开双侧负压收集出孔、中间负压收集出孔提供负压，将去离子水引入双侧收集主通道和中间收集主通道；待双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔均有去离子水流出后，关闭出样孔、关闭双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔，将进样孔的去离子水更换为待筛选的样品溶液，然后打开出样孔、打开双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔，保持流速，进行不间断筛选。

样品全部注入进样孔后，关闭出样孔、关闭双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔，将出样孔第一次筛选过的样品，再次在该芯片上重复筛选2次。

最后一次样品全部注入进样孔后，关闭出样孔、关闭双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔，更换样品为去离子水，打开出样孔、打开双侧负压收集出孔和中间负压收集出孔，注入去离子水冲洗5分钟。

将三次在负压收集出孔和中间负压收集出孔收集的筛选样品，按照以上操作，再在阶角微通道的宽度70μm尺寸小的芯片上，筛选3次，筛去遗留的还没去除的微球。最后在出样孔收集得到目标粒径区间的微球。

本发明技术特点是制作方便，专业性更强。

与现有的常规方法筛选微球相比，本发明有下列有益效果：（1）专业性更强，筛选的粒径一致性更好；（2）一片芯片可并排多组多级筛选单元，同时筛选，或者同事筛选不同的样本，提高了筛选工作效率；（3）制作方便简单，使用成本低廉，可批量大规模生产使用。

附图说明

图1为本发明的俯视示意图。

图2为本发明的台阶筛选通道俯视的局部放大示意图。

图3为本发明的台阶筛选通道剖视的扰流柱示意图。

图中：1.芯片体；2.进样孔；3.主通道；4.支通道；5.台阶筛选通道；6.阶角微通道；7.收集池；8.收集池出样通道；9.双侧收集主通道；10.中间收集主通道；11.双侧负压收集出孔；12.出样孔；13.中间负压收集出孔；14.备用压力孔；15.扰流柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

实施例一

参照图1至图3，一种阶梯型微球筛选芯片，型号一芯片：主通道3长5mm，宽1mm，支通道4和台阶筛选通道5的宽度是0.8mm，其连接的两条台阶筛选通道5是7级、阶长10mm，梯台高5mm的阶梯，台阶筛选通道5汇合后通过5mm长的通道通向出样孔12。阶角微通道6的宽度300μm，收集池出样通道8的宽度是600μm。双侧收集主通道9和中间收集主通道10的宽度均为0.5mm；芯片的通道深度一致是1mm。

型号二芯片：主通道3长5mm，宽1mm，支通道4和台阶筛选通道5的宽度是0.8mm，其连接的两条台阶筛选通道5是9级、阶长10mm，梯台高5mm的阶梯，台阶筛选通道5汇合后通过5mm长的通道通向出样孔12。阶角微通道6的宽度200μm，收集池出样通道8的宽度是600μm。双侧收集主通道9和中间收集主通道10的宽度均为0.5mm；芯片的通道深度一致是0.8mm。

操作前，预处理样品粒径不大于0.8mm。操作时，先将型号一芯片的双侧负压收集出孔11、中间负压收集出孔13和备用压力孔14关闭，打开出样孔12。将去离子水从进样孔2打入，直至出样孔12有去离子水流出，即台阶筛选通道5注满去离子水后，打开双侧负压收集出孔11、中间负压收集出孔13提供负压，将去离子水引入双侧收集主通道9和中间收集主通道10。待双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13均有去离子水流出后，关闭出样孔12、关闭双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13，将进样孔2的去离子水更换为待筛选的样品溶液，打开出样孔12，打开双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13，保持流速，进行不间断筛选。样品溶液在阶角和扰流柱15的影响下，在阶角处发生扰动湍流，符合阶角微通道6的宽度的微粒被吸入收集池7。

样品全部注入进样孔2后，关闭出样孔12、关闭双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13，一次筛选完毕。将出样孔12第一次筛选过的样品，再次在型号一芯片上重复筛选2次。

最后一次样品全部注入进样孔2后，关闭出样孔12、关闭双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13，更换样品为去离子水，打开出样孔12、打开双侧负压收集出孔11和中间负压收集出孔13，注入去离子水冲洗5分钟。

将三次在负压收集出孔11和中间负压收集出孔13收集的筛选样品，按照以上操作，再在型号二芯片上，筛选3次，在型号二芯片的出样孔12收集得到粒径区间在200μm﹤Ø﹤300μm的微球。

经测试，经过两规格型号芯片各3次筛选，获得的200μm﹤Ø﹤300μm区间的微球的粒径分散度小于6.5%。

注意，去离子水和样品溶液之间要连续流动，在芯片的任何一个通道中两者之间不能有气泡隔断。

实施例二

参照图1至图3的形状结构，一种阶梯型微球筛选芯片，型号八芯片：，主通道3长10mm，宽1mm，支通道4和台阶筛选通道5的宽度是0.8mm，其连接的两条台阶筛选通道5是10级、阶长10mm，梯台高5mm的阶梯，台阶筛选通道5汇合后通过10mm长的通道通向出样孔12。阶角微通道6的宽度5μm，收集池出样通道8的宽度是25μm。双侧收集主通道9和中间收集主通道10的宽度均为0.5mm；芯片的通道深度一致是10μm。

按照实施例一操作，筛选3次，在型号八芯片的负压收集出孔11和中间负压收集出孔13收集的筛选样品，其尺寸为粒径＜5μm的微球。

实施例三

参照图1至图3的形状结构，一种阶梯型微球筛选芯片，型号四芯片：主通道3长10mm，宽1mm，支通道4和台阶筛选通道5的宽度是0.8mm，其连接的两条台阶筛选通道5是7级、阶长10mm，梯台高5mm的阶梯，台阶筛选通道5汇合后通过5mm长的通道通向出样孔12。阶角微通道6的宽度70μm，收集池出样通道8的宽度是280μm。双侧收集主通道9和中间收集主通道10的宽度均为0.5mm；芯片的通道深度一致是200μm。

型号六芯片：主通道3长5mm，宽1mm，支通道4和台阶筛选通道5的宽度是0.8mm，其连接的两条台阶筛选通道5是8级、阶长10mm，梯台高5mm的阶梯，台阶筛选通道5汇合后通过10mm长的通道通向出样孔12。阶角微通道6的宽度30μm，收集池出样通道8的宽度是150μm。双侧收集主通道9和中间收集主通道10的宽度均为0.5mm；芯片的通道深度一致是100μm。

按照实施例一操作，在型号四芯片和型号六芯片上各筛选3次，最后在型号六芯片的出样孔12收集得到粒径区间在30μm﹤Ø﹤70μm的微球。

经测试，经过两规格型号芯片各3次筛选，获得的200μm﹤Ø﹤300μm区间的微球的粒径分散度小于5%。

说明：如果管道堵塞，利用双侧负压收集出孔（11）、出样孔（12）、中间负压收集出孔（13）、和备用压力孔（14）的组合使用，加压反冲，解决堵塞。

Claims (3)

1.一种阶梯型微球筛选芯片，其主要由进样孔（2），台阶筛选通道（5）和出样孔（12）三部分组成，其特征在于：在芯片体（1）的一端开有进样孔（2），长5-10mm的主通道（3）一端与进样孔（2）连通，另一端分为两侧两条支通道（4），每条支通道（4）各自联通一条台阶筛选通道（5）；两条台阶筛选通道（5）的阶梯走向均向着内侧的主通道（3）的中间线，在通过7~10级阶梯后汇入到一起，通过5-10mm长的通道与出样孔（12）连接；每条台阶筛选通道（5）的每一个阶梯的拐角的一侧和上一阶与下一阶连接拐角，都对称加工有1个阶角微通道（6），每个阶角微通道（6）都连接一个收集池（7）；在每条台阶筛选通道（5）的阶梯外侧拐角的收集池（7），通过收集池出样通道（8）与双侧收集主通道（9）相连，双侧收集主通道（9）平行于主通道（3）的中间线，并且通向在出样孔（12）一端的双侧负压收集出孔（11）；在每条台阶筛选通道（5）的阶梯内侧拐角的收集池（7），通过收集池出样通道（8）与在主通道（3）的中间线上的中间收集主通道（10）相连，中间收集主通道（10）朝向出样孔（12）一端连通中间负压收集出孔（13），另一端连通备用压力孔（14）。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯型微球筛选芯片，其特征在于：所述台阶筛选通道（5）的每一级阶梯尺寸一致，都是阶长10mm，梯台高5mm，在台阶筛选通道（5）的每一级阶梯的阶角前面，都无规则分布有5-6个长度和粗细不相等的扰流柱（15）；台阶筛选通道（5）的阶角微通道（6）的宽度在5μm~300μm之间，有2~8个规格；每片芯片的2条台阶筛选通道（5）的阶角微通道（6）的宽度尺寸一致；支通道（4）和台阶筛选通道（5）的宽度是主通道（3）宽度的4/5，收集池出样通道（8）的宽度是阶角微通道（6）宽度的2~5倍；双侧收集主通道（9）和中间收集主通道（10）的宽度均为0.5mm；每片芯片的通道深度一致，各芯片的通道深度根据阶角微通道（6）的宽度2~8个规格，依次对应在10μm~1000μm之间2~8个规格。

3.使用权利要求1-2所述的一种阶梯型微球筛选芯片的方法，其特征在于，操作步骤如下：操作时，根据筛选微球粒径区间，选择阶角微通道（6）的宽度尺寸一大一小的2片芯片，先将第一片阶角微通道（6）的宽度尺寸大的芯片的双侧负压收集出孔（11）、中间负压收集出孔（13）和备用压力孔（14）关闭，打开出样孔（12），将去离子水从进样孔（2）打入，直至出样孔（12）有去离子水流出，再打开双侧负压收集出孔（11）、中间负压收集出孔（13）提供负压，将去离子水引入双侧收集主通道（9）和中间收集主通道（10）；待双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13）均有去离子水流出后，关闭出样孔（12）、关闭双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13），将进样孔（2）的去离子水更换为待筛选的样品溶液，然后打开出样孔（12）、打开双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13），保持流速，进行不间断筛选；

样品全部注入进样孔（2）后，关闭出样孔（12）、关闭双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13），将出样孔（12）第一次筛选过的样品，再次在该芯片上重复筛选2次；

最后一次样品全部注入进样孔（2）后，关闭出样孔（12）、关闭双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13），更换样品为去离子水，打开出样孔（12）、打开双侧负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13），注入去离子水冲洗5分钟；

将三次在负压收集出孔（11）和中间负压收集出孔（13）收集的筛选样品，按照以上操作，再在阶角微通道（6）的宽度尺寸小的第二片芯片上，筛选3次，最后在阶角微通道（6）的宽度尺寸小的芯片的出样孔（12）收集得到目标粒径区间的微球。