CN107999153A - 一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，属于微流控芯片领域。该微通道过滤槽包括主体通道、贮液池和四级递减间距的多圆柱阵列结构。多圆柱单元结构依次设置于微通道工作入口前，所有物质需先通过四级递减间距多圆柱微通道垃圾阻挡槽方可进入微通道。由于圆柱单元结构间间距极小，所有能对微通道内流体造成影响的大于圆柱单元间距尺寸的固体垃圾均会被阻挡，如PDMS打孔残留物以及实验过程中产生的碎屑。该通道结构能显著降低打孔残渣、实验垃圾等对流体在微流控通道中正常流动的干扰。

Description

一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽
技术领域
本发明涉及一种四级递减间距多圆柱微通道过滤槽，属于微流控芯片技术领域。
背景技术
微流控是在尺寸为几至几百微米的通道内操作微纳体积样品的系统科学和技术，通常在一片几平方厘米的芯片上构建生化分析或检测系统，因此也称为芯片实验室。微流控集成了生物与化学领域中常涉及的样品制备、混合、分离、反应、检测等功能单元，以可控流体贯穿微流道形成的整个系统，最终实现常规生化实验室同类功能。微流控芯片技术具有所需样品体积小、效率高、成本低、易于集成等优势，提高了人们控操微量液体的能力，降低了生化试剂的消耗。同时，微流控芯片上反应更加迅速，在生物和化学领域有着广泛的应用前景。
在实际微流控芯片实验或工作中，微流控通道经常会被一些大于通道最小尺寸的垃圾堵塞，这些垃圾的来源包括但不限于微流控通道打孔残渣和实验过程中引进的固体垃圾。一旦大于通道结构最小尺寸的固体垃圾进入微流控通道，极易导致微流控通道堵塞失效，造成通道报废。固体垃圾对微流控通道造成的影响见附图2。
发明内容
本发明的目的是阻止微米级别固体垃圾进入微流控通道。设计一种结构简单，易于加工并且十分有效的过滤槽。该过滤槽可以避免40μm以上的固体垃圾进入微流控通道，将固体垃圾贮存在过滤槽中，使固体垃圾完全无法影响到通道工作部位，进而使实验成功率、通道耐久性能、实验稳定性提升。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，该微通道过滤槽为一种用于阻挡固体垃圾进入微流控通道的四级递减间距多圆柱微通道过滤槽，进入所有微流控通道的流体必须流经该微通道过滤槽。该微通道过滤槽包括主体结构1、流体入口2、椭圆形贮液池3、第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6、第四级圆柱阵列结构7、微流控通道8和下底板9。
流体入口2、椭圆形贮液池3、微流控通道8为为主体结构1上的凹槽结构；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6、第四级圆柱阵列结构7、微流控通道8均为主体结构1上的孔洞结构，且各结构为芯片工作时液体的流动区域；所述主体固体结构1和下底板9通过上下建合固定，上底板9置于主体结构1底部，以支撑芯片的主体结构并提供流动空间；流体入口2通过微通道与椭圆形贮液池3连接，椭圆形贮液池3与微流控通道8连接；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6、第四级圆柱阵列结构7设置在椭圆形贮液池3内；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7并排布置在椭圆形贮液池3内；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7之间为错列布置；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7的圆柱阵列尺寸逐渐由大到小渐变。
所述主体结构1和下底板9由聚二甲基硅烷制成。
本发明工作过程如下：流体从流体入口2流至椭圆形空间贮液池3并到达第一级圆柱阵列结构，流体入口2位于椭圆形空间贮液池3中间部位，并与椭圆形空间贮液池3垂直相接。第一级圆柱阵列结构4由7个半径150μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为100μm，当流体经过第一级圆柱阵列结构时，大于100μm的固体垃圾会被停留在贮液池。流体从第一级圆柱阵列结构流至第二级圆柱阵列结构5，流体中所携带的固体垃圾均小于100μm。第二级圆柱阵列结构由10个半径120μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为80μm，大于80μm的固体垃圾会被停留在贮液池。流体从第二级圆柱阵列结构流至第三级圆柱阵列结构6，流体中所携带固体垃圾均小于80μm。第三级圆柱阵列结构由13个半径90μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为60μm，大于60μm的固体垃圾会被停留在贮液池。流体从第三级圆柱阵列结构流至第四级圆柱阵列结构7，所携带固体垃圾均小于60μm。第四级圆柱阵列结构由17个半径60μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为40μm，大于40μm的固体垃圾会被停留在贮液池。流体最终流至出口位置，该出口位置可以与任意形状的通道相连接，以达到向任意通道流入纯净流体的目的。
本发明采用上述技术方案后具有下列优点：
1.圆形结构使过滤槽额外增加的流阻大幅度降低；
2.最窄过滤槽宽度仅40μm，能避免绝大部分打孔残渣和实验引进碎屑对流体在通道中正常流动的干扰；
3.过滤槽最窄处深宽比仅为3:1，便于加工制造。
附图说明
图1为一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽三维结构示意图；
图2为实验中被微米级别固体垃圾堵塞的微流控通道；
图3为实验中过滤槽阻挡垃圾进入微流控通道效果图；
图4为一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽平面结构示意图；
图中：1、主体结构，2、流体入口，3、椭圆形贮液池，4.第一级圆柱阵列结构，5、第二级圆柱阵列结构，6、第三级圆柱阵列结构，7、第四级圆柱阵列结构，8、微流控工作通道，9、下底板。
具体实施方式
下面结合结构附图对发明的工作过程和效果进行进一步的说明。
图1为种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽三维面结构示意图。
图4为一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽平面结构示意图。
实现阻挡垃圾流入微流控通道的过滤槽结构，包括主体结构1、流体入口2、椭圆形贮液池3、第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构5、第四级圆柱阵列结构7、微流控通道8和下底板9。
流体入口2、椭圆形贮液池3、微流控通道8为为主体结构1上的凹槽结构；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6、第四级圆柱阵列结构7、微流控通道8均为主体结构1上的孔洞结构，且各结构为芯片工作时液体的流动区域；所述主体固体结构1和下底板9通过上下建合固定，上底板9置于主体结构1底部，以支撑芯片的主体结构并提供流动空间；流体入口2通过微通道与椭圆形贮液池3连接，椭圆形贮液池3与微流控通道8连接；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6、第四级圆柱阵列结构7设置在椭圆形贮液池3内；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7并排布置在椭圆形贮液池3内；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7之间为错列布置；第一级圆柱阵列结构4、第二级圆柱阵列结构5、第三级圆柱阵列结构6和第四级圆柱阵列结构7的圆柱阵列尺寸逐渐由大到小渐变。
所述主体结构1和下底板9由聚二甲基硅烷制成。
所述液体入口为设置在主体结构1上的上下贯通的孔洞结构。
本装置的工作过程如下：流体从流体入口2流至椭圆形空间贮液池3，并到达第一级圆柱阵列结构4，流体入口2位于椭圆形空间贮液池3中间部位，并与椭圆形空间贮液池3垂直相接。流体从流体入口2进入椭圆形贮液池3并经过四级递减间距圆柱阵列结构后到达微流控工作通道8，流体中所有大于40μm的固体垃圾会被停留在贮液池。
流体从入口2进入椭圆形贮液池3并经过四级递减间距圆柱阵列结构到达微流控工作通道8时，所有大于40μm的固体垃圾会被停留在贮液池。从而使微流控通道中的固体垃圾大幅度减少，达到过滤的目的，过滤效果见附图3。
为了验证该发明阻挡垃圾进入微流控通道的效果，拍摄实验中微流控通道被垃圾堵塞和过滤槽过滤垃圾的现象。由图2和图3可见该过滤槽效果显著。
注：由于微通道尺寸较小，用实际尺寸表示微流控芯片时不能有效表征微流控芯片流道部分的结构，因此附图使用的是微流道结构相对放大的芯片示意图。

Claims (8)

1.一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：该微通道过滤槽包括主体结构(1)、流体入口(2)、椭圆形贮液池(3)、第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)、第四级圆柱阵列结构(7)、微流控通道(8)和下底板(9)；
流体入口(2)、椭圆形贮液池(3)、微流控通道(8)为为主体结构(1)上的凹槽结构；第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)、第四级圆柱阵列结构(7)、微流控通道(8)均为主体结构(1)上的孔洞结构，且各结构为芯片工作时液体的流动区域；所述主体结构(1)和下底板(9)通过上下建合固定，下底板(9)置于主体结构(1)底部，以支撑芯片的主体结构并提供流动空间；流体入口(2)通过微通道与椭圆形贮液池(3)连接，椭圆形贮液池(3)与微流控通道(8)连接；第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)、第四级圆柱阵列结构(7)设置在椭圆形贮液池(3)内；第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)和第四级圆柱阵列结构(7)并排布置在椭圆形贮液池(3)内；第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)和第四级圆柱阵列结构(7)之间为错列布置；第一级圆柱阵列结构(4)、第二级圆柱阵列结构(5)、第三级圆柱阵列结构(6)和第四级圆柱阵列结构(7)的圆柱阵列尺寸逐渐由大到小渐变。
2.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：所述主体结构(1)和下底板(9)由聚二甲基硅烷制成。
3.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：流体从流体入口(2)流至椭圆形贮液池(3)并到达第一级圆柱阵列结构，流体入口(2)位于椭圆形贮液池(3)中间部位，并与椭圆形贮液池(3)垂直相接；第一级圆柱阵列结构(4)由7个半径150μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为100μm，当流体经过第一级圆柱阵列结构时，大于100μm的固体垃圾会被停留在贮液池。
4.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：流体从第一级圆柱阵列结构流至第二级圆柱阵列结构(5)，流体中所携带的固体垃圾均小于100μm。
5.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：第二级圆柱阵列结构由10个半径120μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为80μm，大于80μm的固体垃圾会被停留在贮液池。
6.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：流体从第二级圆柱阵列结构流至第三级圆柱阵列结构(6)，流体中所携带固体垃圾均小于80μm。
7.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：第三级圆柱阵列结构由13个半径90μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为60μm，大于60μm的固体垃圾会被停留在贮液池；流体从第三级圆柱阵列结构流至第四级圆柱阵列结构(7)，所携带固体垃圾均小于60μm。
8.根据权利要求1所述的一种四级递减间距多圆柱阵列结构微通道过滤槽，其特征在于：第四级圆柱阵列结构由17个半径60μm，高120μm的圆柱构成，相邻两个圆柱间距为40μm，大于40μm的固体垃圾会被停留在贮液池，流体最终流至出口位置，该出口位置可以与任意形状的通道相连接，以达到向任意通道流入纯净流体的目的。
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