CN107051599A - 微流控芯片及微流控芯片控制方法 - Google Patents

微流控芯片及微流控芯片控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片，通过对所述微流控芯片中的流体通道设为n个所述流段，并每组所述流段的所述子流段分支形成与其相邻的另一种组所述流段的两个子流段，通过该种所述流体通道的布置方式，可以实现通过控制不超过2(n‑1)个阀门的开闭即可实现任一所述流体通道的开闭，大大减少了需要控制阀门的数量，简化了操作过程，同时降低了控制成本。

Description

微流控芯片及微流控芯片控制方法
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术，尤其涉及一种微流控芯片及微流控芯片控制方法。
背景技术
微流控芯片是一种新兴的技术平台，即在一块几平方厘米的芯片上，由网络化的微通道控制流体，完成常规的化学或生物实验室的各种操作。其中，微通道内流体的控制主要通过微阀的控制来实现。
现有技术中，所述微通道的结构是根据实验需要进行的无规则的设计。控制网络化的微流控芯片中任一条指定微通道时，需要开启指定的所述微通道上全部微阀，并相应闭合其它所有的微阀。而随着微流控芯片技术的高速发展，所述微流控芯片内网络微通道规模越来越大，出现百、千级以上数量的微通道的大规模集成。此时，传统的微阀控制方法则会十分的繁琐，指定控制任一条通道时需要同时控制很多的微阀，难以满足技术需求，而且控制成本大大增加。
发明内容
本发明提供一种微流控芯片，并通过一种简单的方便实现控制所述微流控芯片指定流体通道的开闭。
所述微流控芯片包括n组流段，每组所述流段均包括一个或多个子流段，除第n组所述流段外的其它组所述流段的每个子流段均形成两个分支，所述两个分支作为与其相邻的另一组所述流段的两个子流段，每组所述流段的所述子流段与同其相邻的另一组所述流段的所述子流段相互连通，并在所述微流体芯片内形成2n-1条流体通道，除第一组所述流段的外的其它组所述流段的每个所述子流段均对应设有一阀门，所述阀门为常开阀门，通过控制不超过2(n-1)个所述阀门的开闭即可实现任一所述流体通道的开闭，其中，n为大于0的自然数。
其中，所述微流控芯片包括控制层及层叠于所述控制层上的流道层，2n-1条所述流体通道均设置于所述流道层上，所述阀门设于所述控制层上，所述阀门的开闭控制与所述阀门对应的所述流段的开闭，所述阀门打开时，所述阀门对应的所述流段畅通；所述阀门闭合时，所述阀门堵塞所述阀门对应的流段。
其中，所述控制层和所述流道层为弹性材料制成。
其中，所述控制层上还设有控制流道，所述控制流道与所述流体通道交叉设置，所述控制流道上与所述流体通道交叉的位置设置所述阀门，通过向所述控制流道内施加气压以控制所述阀门的闭合。
其中，所述弹性材料为聚二甲基硅氧烷材料、COP材料或者聚甲基丙烯酸甲酯材料。
其中，所述阀门包括气动阀、电动阀、磁源阀及光源阀。
本发明还提供一种微流控芯片控制方法，包括步骤：
提供如上所述的微流控芯片；
控制任一条所述流体通道的所有所述子流段的所述阀门开启；
闭合部分其它所述子流段位置的所述阀门，从而完成对所述任一条流体通道的控制，其中，部分其它所述子流段中的任一条子流段与所述任一条流体通道中的所述子流段位于同一组所述流段内，且部分其它所述子流段中的任一条子流段与同其位于同一组所述流段的子流段为同一所述子流段形成的分支。
本发明通过对所述微流控芯片中的所述流体通道设为n个所述流段，并每组所述流段的所述子流段形成两个分支，且所述两个分支作为与其相邻的另一种组所述流段的两个子流段，通过该种所述流体通道的布置方式，可以实现通过控制不超过2(n-1)个所述阀门的开闭即可实现任一所述流体通道的开闭，大大减少了需要控制阀门的数量，简化了操作过程，同时降低了控制成本。
附图说明
为更清楚地阐述本发明所述相机稳定平衡装置的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1是本发明的一种所述微流控芯片的结构示意图；
图2是本发明的图1一种所述微流控芯片的所述流体通道及阀门关系示意图；
图3是本发明的另一种所述微流控芯片的所述流体通道及阀门关系结构示意图。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明提供一种微流控芯片，所述微流控芯片包括控制层及层叠并贴合于所述控制层上的流道层。所述流道层上设有呈规则排布的流体通道，所述控制层上设有阀门。所述流道层层叠于所述控制层时所述阀门与所述流体通道相对应，并通过所述阀门控制所述流体通道的开闭。具体的，所述阀门打开时，所述阀门对应的所述流段畅通；所述阀门闭合时，所述阀门堵塞所述阀门对应的流段。
具体的，所述微流控芯片包括n组流段。n组所述流段中的第a组所述流段包括2a-1个子流段。其中，n为大于0的自然数，a为大于0小于或等于n的任意自然数。例如，当所述微流控芯片包括五组所述流段时，第一组所述流段有一个所述子流段，第二组所述流段包括两个所述子流段，第三组所述流段包括四个所述子流段，第四组所述流段包括八个所述子流段，第五组所述子流段包括十六个所述子流段。进一步的，除第n组所述流段外的其它组所述流段的每个所述子流段均形成两个分支，所述两个分支作为与其相邻的另一组所述流段的两个子流段，每组所述流段的所述子流段与同其相邻的另一组所述流段的所述子流段相互连通。通过上述的各组所述子流段的相互连通，在所述微流体芯片内形成2n-1条流体通道，所述流体通道的入口或者出口为所述流体芯片的第n组所述流段的所有的所述子流段。并且，除第一组所述流段的所述子流段外的每个所述子流段均对应设有一阀门，所述阀门为常开阀门，通过控制不超过2(n-1)个所述阀门的开闭即可实现任一所述流体通道的开闭。
请参阅图1及图2，本实施例提供所述微流控芯片100。所述微流控芯片100包括包括控制层10及层叠于所述控制层10上的流道层20。所述流道层20上设有呈规则排布的多条流体通道30，所述控制层上设有阀门40。所述流道层20层叠于所述控制层10时，所述阀门40与所述流体通道30相对应，并通过所述阀门40控制所述流体通道30的开闭。本实施例中，所述阀门40为常开阀门，可以理解的是，所述阀门40还可以是常闭阀门。
所述控制层10及所述流道层20均为PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)材料制成。可以理解的是，所述控制层10及所述流道层20的制成材料可以相同也可以不同，其制成材料还可以为COP材料或者聚甲基丙烯酸甲酯材料等其它弹性材料。本实施例中，所述控制层10及所述流道层20的通过简单的制成方法制成，具体为：通过光刻工艺分别制作一个控制层模具及一个流道层模具。本实施例中，所述控制层模具及所述流道层模具均为阳模。并将所述PDMS材料层叠于所述控制层模具及所述流道层模具上分别形成PDMS材料层。所述PDMS材料层固化后，将固化后的所述PDMS材料层所述控制层模具及所述流道层模具剥离，即得到所述控制层10及所述流道层20。
本实施例中，所述微流控芯片100包括两组流段，分别为第一组流段及第二组流段32，即所述n＝2。所述第一组流段包括一个子流段311，即所述a＝1，所述第一组流段的所述子流段个数为20；所述第二组流段32包括子流段321及子流段322，即所述a＝2，所述第二组流段32的所述子流段个数为21。所述子流段321及所述子流段322由所述子流段分支形成。且所述子流段321与所述子流段连通形成流体通道30a，所述子流段322与所述子流段连通形成流体通道30b。其中，所述子流段321的端口可以为所述流体通道30a的进口或出口；所述子流段322的端口可以为所述流体通道30b的进口或出口。
本实施例中，所述阀门40为气动阀，即通过气压控制所述阀门40的开闭。具体的，所述控制层10上还包括控制通道11，所述阀门40设置于所述控制通道11上，并与所述控制层10一体成型。所述流道层20层叠并贴合与所述控制层10上时，所述控制通道11与所述流体通道30交叉设置，所述阀门40设于所述流体通道30与所述控制通道11的交叉位置上。本实施例中，所述阀门40为PDMS材料制成的薄膜材料。通过在所述控制通道11内施加一定气压时，所述阀门40发生变形并挤压并堵塞所述流体通道30至所述流体通道30关闭；当撤销所述控制通道11内的气压时，所述阀门40在恢复原状，从而使所述流体通道30开启。本实施例中，所述阀门40有两个，分别为阀门41及阀门42，所述阀门41位于所述子流段321位置上，所述阀门42位于所述子流段322位置上。可以理解的是，所述阀门40还可以是电动阀、磁源阀或者光源阀等其它可用于所述微流控芯片内的阀门。
要控制所述流体通道30a或所述流体通道30b的开闭时，只需要控制所述阀门41及阀门42的开闭即可实现。例如，要打开所述流体通道30a并关闭所述流体通道30b，只需要打开所述述阀门41并关闭所述阀门42即可实现。
请参阅图3，本发明另一实施例中，与上述本发明实施例的区别在于，本实施例的所述微流控芯片100包括三组流段，分别为第一组流段、第二组流段32及第三组流段33，所述n＝3。所述第一组流段包括一个子流段311，即所述a＝1，所述第一组流段32的所述子流段个数为20；所述第二组流段32包括子流段321及子流段322，即所述a＝2，所述第二组流段32的所述子流段个数为21；所述第三组流段33包括子流段331、子流段332、子流段333及子流段334，即所述a＝3，所述第三组流段32的所述子流段个数为22。本实施例中，除所述第三组流段33外的其它组流段的所述子流段均形成两个分支，所述两个分支作为与其相邻的另一组所述流段的两个子流段。即所述第一组流段的所述子流段311形成两个第一分支，两个所述第一分支分别为所述子流段321及所述子流段322，所述子流段321又形成两个第二分支，所述第二分支又分别为所述子流段331及332，所述子流段322形成两个第三分支，所述第三分支分别为所述子流段333及所述子流段334。所述子流段311、所述子流段321、所述子流段331依次连通形成流体通道30c；所述子流段311、所述子流段321、所述子流段332依次连通形成流体通道30d；所述子流段311、所述子流段322、所述子流段333依次连通形成流体通道30e；所述子流段311、所述子流段322、所述子流段334依次连通形成流体通道30f。
本实施例中，所述阀门40有六个，分别为阀门41、阀门42、阀门43、阀门44、阀门45及阀门46。所述阀门41、阀门42、阀门43、阀门44、阀门45及阀门46分别一一对应于所述子流段321、所述子流段322、所述子流段331、所述子流段332、所述子流段333及所述子流段334的任意位置上，即所述阀门40位于除所述第一组流段外的其它各组流段的所有所述子流段上。
要控制本实施例中任一条所述流体通道30的开闭时，只需要控制六个所述阀门中最多四个所述阀门即可实现。例如，要打开所述流体通道30c并关闭其它所述流体通道时，只需要开启所述流体通道30c的所有所述子流段的所述阀门，即开启所述阀门41及43；并关闭部分其它所述子流段位置的所述阀门40，从而完成对所述流体通道30c的控制。其中，部分其它所述子流段中的任一条子流段与所述流体通道30c中的所述子流段位于同一组所述流段内，且部分其它所述子流段中的任一条子流段与同其位于同一组所述流段的子流段为同一所述子流段形成的分支。即所述阀门42与所述阀门41均位于第二组所述流段内，且所述阀门42所在所述子流段322与所述阀门41所在所述子流段321均为所述子流段311的分支，因此，当所述阀门41开启时，所述阀门42关闭；所述阀门44与所述阀门43均位于第三组所述流段内，且所述阀门44所在所述子流段332与所述阀门43所在所述子流段331均为所述子流段321的分支，因此，当所述阀门43开启时，所述阀门44关闭。其它的所述阀门40则不需要考虑，即不管其它所述阀门40的开闭状态均不影响所述流体通道30c的开闭，因此，至多只需要考虑4个所述阀门40的开闭即可实现对所述流体通道30c的开闭控制。进一步的，所述阀门40为常开阀门，因此，当所述阀门41及所述阀门43本身即为开启状态时，控制所述阀门42及阀门44的关闭即可实现流体通道30c的控制。
可以理解的是，当所述微流控芯片100包括四组流段所述n＝4时，控制任意一条所述流体通道30的打开时，只需开启连通形成该流体通道30的所有所述子流段的所述阀门40，并闭合部分所述子流段上的所述阀门40，其中，部分其它所述子流段中的任一条子流段与所述任意一条流体通道中的所述子流段位于同一组所述流段内，且部分其它所述子流段中的任一条子流段与同其位于同一组所述流段的子流段为同一所述子流段形成的分支。且当所述阀门40的初始状态全部为开启状态时，只需要关闭闭合部分所述子流段上的所述阀门40即可。
综上所述，可以理解的是，通过本发明的所述流体通道30结构的设计，可以实现通过少量的所述阀门40控制，以实现所述微流控芯片中任意指定一条所述流体通道30的控制，且其所述阀门40的控制数量最多为2(n-1)个，最少为n-1个，其中，n为所述微流控芯片的所述流段的数目。从而实现指定所述流体通道30开启时，减少了需要控制阀门的数量，简化操作过程，并进一步降低控制成本。
本发明还提供一种微流控芯片控制方法，具体的是通过对所述所述微流控芯片中阀门的控制实现对所述微流控芯片中任一流体通道的控制，包括步骤：
提供上述的微流控芯片100；
控制任一条所述流体通道30的所有所述子流段的所述阀门40开启；
闭合部分其它所述子流段位置的所述阀门40，从而完成对所述任一条流体通道的控制。其中，部分其它所述子流段中的任一条子流段与所述任一条流体通道中的所述子流段位于同一组所述流段内，且部分其它所述子流段中的任一条子流段与同其位于同一组所述流段的子流段为同一所述子流段形成的分支。。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易的想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括n组流段，每组所述流段均包括一个或多个子流段，除第n组所述流段外的其它组所述流段的每个子流段均形成两个分支，所述两个分支作为与其相邻的另一组所述流段的两个子流段，每组所述流段的所述子流段与同其相邻的另一组所述流段的所述子流段相互连通，并在所述微流体芯片内形成2n-1条流体通道，除第一组所述流段的外的其它组所述流段的每个所述子流段均对应设有一阀门，所述阀门为常开阀门，通过控制不超过2(n-1)个所述阀门的开闭即可实现任一所述流体通道的开闭，其中，n为大于0的自然数。
2.如权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括控制层及层叠于所述控制层上的流道层，2n-1条所述流体通道均设置于所述流道层上，所述阀门设于所述控制层上，所述阀门的开闭控制与所述阀门对应的所述流段的开闭，所述阀门打开时，所述阀门对应的所述流段畅通；所述阀门闭合时，所述阀门堵塞所述阀门对应的流段。
3.如权利要求2所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述控制层和所述流道层为弹性材料制成。
4.如权利要求3所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述控制层上还设有控制流道，所述控制流道与所述流体通道交叉设置，所述控制流道上与所述流体通道交叉的位置设置所述阀门，通过向所述控制流道内施加气压以控制所述阀门的闭合。
5.如权利要求3所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述弹性材料为聚二甲基硅氧烷材料、COP材料或者聚甲基丙烯酸甲酯材料。
6.如权利要求1或2所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述阀门包括气动阀、电动阀、磁源阀及光源阀。
7.一种微流控芯片控制方法，其特征在于，包括步骤：
提供如权利要求1-6任一项所述的微流控芯片；
控制任一条所述流体通道的所有所述子流段的所述阀门开启；
闭合部分其它所述子流段位置的所述阀门，从而完成对所述任一条流体通道的控制，其中，部分其它所述子流段中的任一条子流段与所述任一条流体通道中的所述子流段位于同一组所述流段内，且部分其它所述子流段中的任一条子流段与同其位于同一组所述流段的子流段为同一所述子流段形成的分支。
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