CN105665049B - 一种疏液微阀式微量液体提取装置和提取方法 - Google Patents
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Abstract
一种疏液微阀式微量液体提取装置和提取方法，该提取装置包括基体和形成在基体上的流体入口、流体出口、疏液微阀、毛细流道和喷嘴，流体入口与喷嘴之间通过毛细流道连接，流体出口通过毛细流道连接到流体入口与喷嘴之间的毛细流道上，并在毛细流道的交汇处形成分流点，疏液微阀设置在流体入口与喷嘴之间的毛细流道上且位于分流点与喷嘴之间，疏液微阀采用疏液结构，疏液微阀在其受到的液体压力超过其开启压力时允许液体流过，否则阻碍液体流过。本发明能够有效解决现有液体提取装置缺乏皮升级液体处理能力的问题，实现微量液体精确提取和分配。
Description
技术领域
本发明涉及微流体控制领域，更具体地说涉及一种疏液微阀式微量液体提取装置和提取方法。
背景技术
微流体技术是指在微观尺度下对流体进行控制、操作和检测的技术。随着生物检测、制药学、环境科学等领域的发展，需要提取的液体量不断缩小，如蛋白质结晶实验中，仅需几十纳升的液体，在DNA、基因研究中，液体量更是小至几百皮升。可以预见，在未来的研究中，液体的量将进一步减小，这对微流体控制器件的操作精度提出了更高的要求。
微流体控制器件包括微泵、微阀、微混合器、微喷头等，用于对微量流体进行驱动、引流、混合、提取、分配、阻断等操作。其中微阀是起到流道内液体的限制作用的重要器件，利用微阀对液流的限制作用，可实现微量液体的隔离和提取，通过微阀的结构设计，可精确控制提取液体的体积。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，解决现有液体提取装置缺乏皮升级液体处理能力的问题，提供一种疏液微阀式微量液体提取装置和提取方法，可有效精准地处理几十皮升至几十纳升体积的液体提取。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种疏液微阀式微量液体提取装置，包括基体和形成在所述基体上的流体入口、流体出口、疏液微阀、毛细流道和喷嘴，所述流体入口与所述喷嘴之间通过毛细流道连接，所述流体出口通过毛细流道连接到所述流体入口与所述喷嘴之间的毛细流道上，并在毛细流道的交汇处形成分流点，所述疏液微阀设置在所述流体入口与所述喷嘴之间的毛细流道上且位于所述分流点与所述喷嘴之间，所述疏液微阀采用疏液结构，所述疏液微阀在其受到的液体压力超过其开启压力时允许液体流过，否则阻碍液体流过。
进一步地：
通过所述毛细流道连接的所述流体入口、所述流体出口和所述喷嘴三者以T形分布。
所述毛细流道可由光刻、软光刻、热模压等工艺制备。
所述基体可由硅、光刻胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等常用微流控芯片材料形成。
所述疏液微阀采用光刻剥离与薄膜沉积的方法制备。
所述疏液微阀包括具有微纳结构的薄膜和存在于薄膜内部或吸附于薄膜表面的低表面能物质。优选地，所述疏液微阀与所提取液体的接触角大于120°。
所述毛细流道上方用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或硅薄膜等键合以形成封闭流道。
所述毛细流道深度在10～100微米，宽度在10～1000微米。
所述毛细流道的宽为50微米，深为20微米，所述分流点到疏液微阀的距离为50微米。
疏液微阀式微量液体提取装置还可以包括可调节驱动压力的液体驱动装置，所述液体驱动装置连接到所述流体入口，用于驱动液体在所述毛细流道中流动。
一种疏液微阀式微量液体提取方法，使用所述的疏液微阀式微量液体提取装置，包括以下步骤：
以小于所述疏液微阀的开启压力的驱动压力驱动一定量的液体由所述流体入口进入毛细流道，到达所述疏液微阀；
在驱动压力的作用下使液体在所述分流点处分流，一部分液体向所述流体出口流动，另一部分液体则填满所述分流点和所述疏液微阀之间的毛细流道；
封闭所述流体出口，增大驱动压力，使所述分流点和所述疏液微阀之间的毛细流道内的液体克服所述疏液微阀的阻碍，从所述喷嘴喷出。
本发明的有益效果：
根据本发明提供的疏液微阀式微量液体提取装置，流体入口与喷嘴之间通过毛细流道连接，并在该毛细流道上形成分流点，分流的毛细流道通往流体出口，采用疏液结构的疏液微阀设置在流体入口与喷嘴之间的毛细流道上且位于分流点与喷嘴之间，因此，疏液微阀到分流点之间流道内的空间容积即为可提取的液体量，当疏液微阀受到的液体压力未超过其开启压力时阻碍液体流过，否则允许液体流过并实现提取。本发明将疏液微阀与微喷结构结合，通过疏液微阀的阻塞作用实现液体喷出前的预装填，借助疏液微阀填充好液体之后，再通过增大压力的方式使液体克服疏液微阀的阻塞作用，由喷嘴喷出，从而精确提取出疏液微阀到分流点之间流道内的微量液体。藉此，本发明能够有效解决现有液体提取装置缺乏皮升级液体处理能力的问题，利用疏液原理实现了微量液体精确提取和分配，取液量由毛细流道的尺寸以及分流点到疏液微阀之间的距离确定，可处理体积低至几十皮升至几十纳升的微小液体量。
与现有技术相比，本发明的优点在于，通过疏液微阀对液体的阻塞作用实现待提取液体的预装填，装填体积可通过设计毛细流道的尺寸精确控制，且多余的液体可以回收重复利用，容易实现皮升级的微小液滴提取，且控制方式简单。
附图说明
图1是本发明实施例的疏液微阀式微量液体提取装置结构示意图。
图2a至图2d是本发明实施例的疏液微阀式微量液体提取方法提取液体的过程示意图。
附图标记说明：
1-流体入口，
2-流体出口，
3-喷嘴，
4-疏液微阀，
5-待提取液体，
6-毛细流道，
7-基体。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1，在一种实施例中，一种疏液微阀式微量液体提取装置，包括基体7和形成在基体7上的流体入口1、流体出口2、疏液微阀4、毛细流道6和喷嘴3，流体入口1与喷嘴3之间通过毛细流道6连接，流体出口2通过毛细流道连接到流体入口1与喷嘴3之间的毛细流道6上，并在毛细流道的交汇处形成分流点，疏液微阀4设置在流体入口1与喷嘴3之间的毛细流道6上且位于分流点与喷嘴3之间。流体入口1、流体出口2、毛细流道6和喷嘴3可采用微加工工艺制成。疏液微阀4采用疏液结构，疏液微阀4在其受到的待提取液体5的液压超过其开启压力时允许待提取液体5流过，否则阻碍待提取液体5流过。疏液微阀4到分流点之间流道内的空间容积即为每次可提取的液体量。基体7可采用硅、光刻胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料。
在优选的实施例中，通过毛细流道连接的流体入口1、流体出口2和喷嘴3三者以T形分布。
本发明实施例的疏液微阀式微量液体提取装置将疏液微阀4与微喷结合，通过疏液微阀4的阻塞作用可实现液体喷出前的预装填，再通过增大压力的方式克服疏液微阀4的阻塞作用，使液体由喷嘴3喷出。
提取液体时，一定量的待提取液体5在一小于疏液微阀4开启压力的压力驱动下由流体入口1进入，在分流点处分流，分流点到疏液微阀4之间的流道被填满后，其余液体流向流体出口2回收。然后封闭流体出口2，增大驱动压力，使留在分流点至疏液微阀4之间的液体克服疏液微阀4的阻力作用，从喷嘴3喷出，完成一次液体的提取。
毛细流道6根据所需提取液体量不同而配置，深度在10～100微米，宽度在10～1000微米。
疏液微阀4可采用光刻剥离与薄膜沉积的方法制备。
优选地，疏液微阀4的接触角大于120°。
图1所示是本发明被动疏液微阀式微量液体提取装置的一个实施例，其中毛细流道6可用光刻如SU-8光刻、软光刻、热模压等工艺制备，疏液微阀4包括具有微纳结构的薄膜和存在于薄膜内部或吸附于薄膜表面的低表面能物质，如硅烷、氟硅烷、脂类、烷烃类等，疏液微阀4可由光刻剥离结合薄膜沉积工艺制备，例如由正胶光刻剥离、二氧化钛液相沉积薄膜和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷单分子层自组装工艺制备，流道上方用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或硅薄膜等键合，以封闭流道。本实施例中毛细流道6的宽为50微米，深为20微米，分流点到疏液微阀4的距离为50微米，可提取液体量为50皮升。
在另一些实施例中，一种疏液微阀式微量液体提取装置，除了包括前述任一实施例的基体7之外，还包括可调节驱动压力的液体驱动装置(未图示)，液体驱动装置连接到流体入口，用于驱动液体在毛细流道中流动，通过压力调节，其可以控制液体在毛细流道6被疏液微阀4阻塞或是克服疏液微阀4的阻碍从喷嘴3喷出。
图2a至图2d展示了本发明实施例的疏液微阀式微量液体提取方法。待提取液体5由流体入口1进入毛细流道6，在压力驱动下到达疏液微阀4，此驱动压力应低于疏液微阀4的开启压力，由于疏液微阀4阻碍了液体的流动，一部分液体向流体出口2流动，仅有一小部分液体留在分流点和疏液微阀4之间的毛细流道6内，然后封闭流体出口2，增大驱动压力，液体克服疏液微阀4的阻碍，从喷嘴3喷出，一次微量液体提取完成。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,包括基体和形成在所述基体上的流体入口、流体出口、疏液微阀、毛细流道和喷嘴，所述流体入口与所述喷嘴之间通过毛细流道连接，所述流体出口通过毛细流道连接到所述流体入口与所述喷嘴之间的毛细流道上，并在毛细流道的交汇处形成分流点，所述疏液微阀设置在所述流体入口与所述喷嘴之间的毛细流道上且位于所述分流点与所述喷嘴之间，所述疏液微阀采用疏液结构，所述疏液微阀在其受到的液体压力超过其开启压力时允许液体流过，否则阻碍液体流过。
2.如权利要求1所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述基体采用硅、光刻胶、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯材料。
3.如权利要求1所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,通过所述毛细流道连接的所述流体入口、所述流体出口和所述喷嘴三者以T形分布。
4.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述毛细流道由光刻或热模压工艺制备。
5.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述毛细流道由软光刻工艺制备。
6.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述疏液微阀采用光刻剥离与薄膜沉积的方法制备。
7.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述疏液微阀包括具有微纳结构的薄膜和存在于薄膜内部或吸附于薄膜表面的低表面能物质。
8.如权利要求7所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述疏液微阀与所提取液体的接触角大于120°。
9.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述毛细流道上方用聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、或硅薄膜键合以形成封闭流道。
10.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述毛细流道深度在10～100微米，宽度在10～1000微米。
11.如权利要求10所述疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,所述毛细流道的宽为50微米，深为20微米，所述分流点到疏液微阀的距离为50微米。
12.如权利要求1至3任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，其特征在于,还包括可调节驱动压力的液体驱动装置，所述液体驱动装置连接到所述流体入口，用于驱动液体在所述毛细流道中流动。
13.一种疏液微阀式微量液体提取方法，其特征在于,使用如权利要求1至12任一项所述的疏液微阀式微量液体提取装置，包括以下步骤：
以小于所述疏液微阀的开启压力的驱动压力驱动一定量的液体由所述流体入口进入毛细流道，到达所述疏液微阀；
在驱动压力的作用下使液体在所述分流点处分流，一部分液体向所述流体出口流动，另一部分液体则填满所述分流点和所述疏液微阀之间的毛细流道；
封闭所述流体出口，增大驱动压力，使所述分流点和所述疏液微阀之间的毛细流道内的液体克服所述疏液微阀的阻碍，从所述喷嘴喷出。
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| CN105665049A (zh) | 2016-06-15 |
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