CN105910878B - 一种用于微流体通道中气体去除的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除微流体通道中气体的装置，包括微流体通道（203），在所述微流体通道（203）外侧设有吸收所述微流体通道（203）中气体的空腔区（101），在所述空腔区（101）上开设有用于抽气形成真空环境的抽气口（103）。本发明可在使用微流控芯片进行流体实验初期的液态样品加载过程中，去除微流体通道壁上吸附的各种尺寸的气泡；可在使用微流控芯片进行长时间实验的过程中，实时去除流体输送引入的气泡，同时防止流体中析出的气体聚集形成气泡；易于与PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流体通道中的气泡产生，以保持微流体通道的纯液体环境，保证微流控芯片上生物体培养和显微观测的长程稳定性和准确性。

Description

一种用于微流体通道中气体去除的装置

技术领域

本发明公布了一种用于去除微流体通道中气体的装置，属于微流控技术领域。

背景技术

微流控技术是指使用微流体通道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为皮升到纳升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及流体物理学、化学、微电子学、材料学、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为该技术具有微型化、集成化等特征，包含有微流体通道的系统通常被称为微流控芯片，也被称为芯片上的实验室或微全分析系统。微流控技术在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

在微流控芯片中微流体通道内进行细胞、组织、胚胎等活体培养的过程中，常常会因为微流体通道较差的亲水性，在通道壁上存在无法冲刷去除的气泡；在利用微流控芯片进行长时间的生物体培养过程中，培养液的输送过程中容易再次引入气泡，或者培养液中的气体容易析出，并在亲水性较差的通道壁上附着，且逐渐扩大形成气泡。气泡的存在会改变生物体所处的流体环境，直接影响生物样本活体培养的稳定性。此外，微流体通道中的气泡会引起光学上的衍射、反射、折射等问题，不利于对生物体的显微观测。

发明内容

鉴于上述现存的技术缺失，针对基于PDMS材料所制备的微流控芯片在流体实验过程中容易引入或析出气体的问题，本发明的目的在于提供一种用于去除微流体通道中气体的装置，以实现微流体通道的纯液体环境，保证微流控芯片上生物体培养和显微观测的长程稳定性和准确性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种用于去除微流体通道中气体的装置，包括微流体通道，在所述微流体通道外侧设有吸收所述微流体通道中气体的空腔区，在所述空腔区上开设有用于抽气形成真空环境的抽气口。

所述空腔区覆盖所有所述微流体通道上方；在所述空腔区内设有用于支撑所述空腔区的腔体支撑结构。

所述空腔区的加工材料为有机高分子聚合物。

所述空腔区上的抽气口的位置根据实际情况设计；口径可根据连接的气体导管的外径调整。

所述空腔区内的真空环境由真空泵直接施加；施加时间可根据实际需要调整。

在液体和生物样本输入初期，在所述空腔区内施加真空环境3~5分钟除去所述微流体通道内所有的气泡；在长时间的生物样本培养过程中，所述空腔区内的真空环境由真空泵一直保持至实验结束。

本发明具有以下有益效果：1）该气体去除结构可在使用微流控芯片进行流体实验初期的液态样品加载过程中，去除微流体通道内及壁上吸附的各种尺寸的气泡；2）该气体去除结构可在使用微流控芯片进行长时间实验的过程中，实时去除流体输送引入的气泡，同时防止流体中析出的气体聚集形成气泡；3）该气体去除结构易与PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流体通道中的气泡产生，以保持微流体通道的纯液体环境，保证微流控芯片上生物体培养和显微观测的长程稳定性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对方案描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，本领域技术人员可在不付出创造性劳动的前提下，根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的用于微流体通道中气体去除结构的一种实施例的三维结构示意图。

图2是本发明的所述气体去除结构实施例与微流控芯片的一种实施例的三维分解结构示意图。

图3是本发明的所述气体去除结构实施例与微流控芯片实施例键合后的俯视结构示意图。

图4是本发明的所述气体去除结构实施例与微流控芯片实施例键合后的A-A向剖面结构示意图。

标号说明：10为气体去除结构，20为微流控芯片，101为空腔区，102为腔体支撑结构，103为抽气口，104a为流体进口，104b为流体出口，105a、105b为气体去除结构上的对准标记，201为微流控芯片的PDMS微流体通道层，202为微流控芯片的基底，203为微流体通道，204a为微流体通道的流体进口，204b为微流体通道的流体出口，205a、205b为微流体通道层上的对准标记，301为抽气导管，302a、302b为流体导管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

请参阅图1~图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以例示方式说明本发明的基本原理、组件结构、工作过程及功效，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形成及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可改变，且其组件布局型态亦可更为复杂。

如图1~图4所示，本实施例提供一种用于微流体通道中气体去除的结构和方法，该气体去除结构10的基本结构包括空腔区101、腔体支撑结构102、抽气口103；所述气体去除结构10还包括流体进出口104a和104b、对准标记105a和105b。所述微流控芯片20的基本结构包括PDMS微流体通道层201、基底202、微流体通道203、流体进出口204a和204b；所述微流控芯片20还包括对准标记205a和205b。

具体使用本实施例时，所述的用于微流体通道中气体去除的结构和方法至少包括以下使用步骤：

如图2、图3所示，首先进行步骤1，将所述气体去除结构10键合在所述微流控芯片20的PDMS微流体通道层201上方。键合时，可利用所述气体去除结构10上的对准标记105a、105b和所述微流控芯片20上的对准标记205a、205b进行精确对准，以确保所述气体去除结构10的空腔区101覆盖住微流体通道203，同时确保所述气体去除结构10的流体进出口104a、104b与所述PDMS微流体通道层201的流体进出口204a和204b分别对准。在本发明中，空腔区101也可以包裹在所述微流体通道201外侧，在空腔区101上开设抽气口103。

如图4所示，接着进行步骤2，将所述流体导管302a和302b分别插入所述流体进出口104a和104b。液体和生物样本从所述流体导管302a输入，流经所述微流体通道203，从所述流体导管302b流出。

如图4所示，最后进行步骤3，将所述抽气导管301插入所述抽气口103。通过所述抽气导管301，在所述空腔区101抽气，使所述空腔区101内形成真空环境。附着在所述微流体通道203壁上的气泡将透出所述微流体通道层201的PDMS材料，到达所述空腔区101，进而被排出。图4中虚线箭头显示了所述微流体通道203中气体排出的路径。

进一步地，所述气体去除结构10的加工材料可以是PDMS等有机高分子聚合物；所述微流控芯片20的微流体通道层201所用材料必须是PDMS，原因是该气体去除结构和方法利用了PDMS材料的微量透气性。在本实施例中，所述气体去除结构10的加工材料是PDMS，因此可通过氧等离子体对所述气体去除结构10和所述微流体通道层201进行表面改性，实现10和201之间的键合。若所述气体去除结构10的加工材料为微流控领域其它常用有机高分子材料，则可利用化学试剂对此类有机高分子材料进行表面改性，以实现10和201之间的键合。

进一步地，所述气体去除结构10和所述空腔区101的形状及几何尺寸（长、宽、高）可根据实际情况设计；所述空腔区101应满足覆盖大部分微流体通道区域的要求（如图3所示）。在本实施例中，所述气体去除结构10的长、宽与所述微流控芯片20的长、宽相同；所述气体去除结构10的高度为6~8mm；所述空腔区101的高度为3mm。

进一步地，所述腔体支撑结构102的形状、数量与分布位置可根据实际情况设计。所述腔体支撑结构102的作用是防止在低真空环境下所述空腔区101的坍塌。在本实施例中，共有9个圆柱形腔体支撑结构102分布于空腔区101。

进一步地，所述气体去除结构10和所述微流控芯片20上分别设计并加工有对准标记，以保证两层结构键合时的精确对准；所述对准标记的样式和位置可根据实际情况设计加工；在无需精密对准的场合，亦可不设计对准标记。在本实施例中，采用“田”字形对准标记，即在所述气体去除结构10上加工有十字形对准标记105a、105b，在所述微流控芯片20上加工有四正方形对准标记205a、205b；键合对准的操作可在体视显微镜下进行，只需保证十字形对准标记处恰好嵌入四方形对准标记中。

进一步地，所述气体去除结构10上的抽气口103的位置可根据实际情况设计，口径可根据气体导管301的外径调整。所述气体去除结构10上的流体进出口104a和104b的数量和位置与所述微流体通道的流体进出口204a和204b的数量和位置一一对应，口径可根据气体导管302a和302b的外径调整。

进一步地，所述气体导管301，流体导管302a、302b的材质可根据实际情况选择，可以是特氟龙管、不锈钢管等。

进一步地，所述空腔区101内的真空环境可由真空泵直接施加；施加时间可根据实际需要调整。在本实施例中，在液体和生物样本输入初期，在所述空腔区101内施加真空环境3~5分钟即可除去所述微流体通道203内所有的气泡；在长时间的生物样本培养过程中，所述空腔区101内的真空环境由真空泵一直保持至实验结束，以预防气泡的再次引入或聚集产生。

综上所述，本发明提供了一种用于微流体通道中气体去除的结构和方法。具有以下有益效果：1）该气体去除结构可在使用微流控芯片进行流体实验初期的液态样品加载过程中，去除微流体通道内及壁上吸附的各种尺寸的气泡；2）该气体去除结构可在使用微流控芯片进行长时间实验的过程中，实时去除流体输送引入的气泡，同时防止流体中析出的气体聚集形成气泡；3）该气体去除结构易与PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流体通道中的气泡产生，以保持微流体通道的纯液体环境，保证微流控芯片上生物体培养和显微观测的长程稳定性和准确性。

上述实施例仅例示性地说明了本发明的基本原理、组件结构、工作过程及功效，而非用于限制本发明的应用。任何熟练掌握该技术的人员皆可在不违背本发明的原理下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的原理与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于微流体通道中气体去除的装置，包括微流体通道（203），其特征在于：在所述微流体通道（203）外侧设有吸收所述微流体通道（203）中气体的空腔区（101），在所述空腔区（101）上开设有用于抽气形成真空环境的抽气口（103）；所述空腔区（101）覆盖所有所述微流体通道（203）上方；在所述空腔区（101）内设有用于支撑所述空腔区（101）的腔体支撑结构（102）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空腔区（101）的加工材料为有机高分子聚合物。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空腔区（101）上的抽气口（103）的位置根据实际情况设计；口径可根据连接的气体导管的外径调整。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空腔区（101）内的真空环境由真空泵直接施加；施加时间可根据实际需要调整。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在液体和生物样本输入初期，在所述空腔区（101）内施加真空环境3~5分钟去除所述微流体通道（203）内所有的气泡；在长时间的生物样本培养过程中，所述空腔区（101）内的真空环境由真空泵一直保持至实验结束。