CN108295913B - 一种微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分流技术领域，尤其涉及一种微流控芯片，包括加样孔；若干分流支路，其一端均与所述加样孔的出口相连通，另一端连通有预设容积的定量存液区；单向阀，其设置在所述分流支路中，所述单向阀被配置为能够阻止所述定量存液区中的样本逆向流动；第一缓冲流道，其一端与所述定量存液区的出口相连通，另一端连通有检测区；所述分流支路的直径大于所述第一缓冲流道的直径。本发明提供的微流控芯片通过设置不同直径的流道控制流速，设置不同容积的定量存液区，以及设置单向阀控制流向，能够根据不同指标的检测需要将一种样本精确定量分流成若干特定体积的样本，实现了定量检测，提高了多指标检测结果的准确性，满足不同的检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及液体分流技术领域，尤其涉及一种微流控芯片。
背景技术
微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程，且可以多次使用，其装置特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个维度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。
微流控芯片技术作为一种新型的分析平台具有低消耗、易集成、高通量、分析效率高、易于微型化和便携化等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
现有技术中，将微流控芯片应用于同一样品的多指标检测，通过在芯片上设置多个供检测反应发生的检测区进行检测，从而一次进样即可实现多个指标检测反应。但现有技术只能实现样本的分流，而不能根据不同的指标检测需要实现样本的定量分流，从而对检测结果的精确性造成影响，无法满足检测需求。
因此，亟需一种微流控芯片，以解决现有技术无法实现样本定量分流的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流控芯片，该芯片能够实现检测样本的定量分流，有利于降低检测偏差。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种微流控芯片，包括：
加样孔；
若干分流支路，其一端均与所述加样孔的出口相连通，另一端连通有预设容积的定量存液区；
单向阀，其设置在所述分流支路中，所述单向阀被配置为能够阻止所述定量存液区中的样本逆向流动；
第一缓冲流道，其一端与所述定量存液区的出口相连通，另一端连通有检测区；
所述分流支路的直径大于所述第一缓冲流道的直径。
作为优选的技术方案，还包括第二缓冲流道和废液孔，所述第二缓冲流道的一端连通在所述单向阀与所述加样孔之间的流道中，所述第二缓冲流道的另一端连通有所述废液孔。
作为优选的技术方案，所述分流支路的直径、所述第二缓冲流道的直径与所述第一缓冲流道的直径依次减小。
作为优选的技术方案，所述第一缓冲流道和所述第二缓冲流道均包括多个S型弯道，且所述第一缓冲流道的弯道数量多于所述第二缓冲流道的弯道数量。
作为优选的技术方案，所述微流控芯片整体经过表面亲水处理。
作为优选的技术方案，所述分流支路的直径范围为1-3mm。
作为优选的技术方案，所述第一缓冲流道的直径范围为100-400μm。
作为优选的技术方案，所述第二缓冲流道的直径范围为0.6-1mm。
作为优选的技术方案，所述废液孔中设置有吸水材料。
作为优选的技术方案，所述微流控芯片的材质为PDMS、PS、PMMA、COC、ABS或PC。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
1)本发明提供的微流控芯片通过设置不同直径的流道控制流速，设置预设容积的定量存液区，以及设置单向阀控制流向，能够根据不同指标的检测需要，将一种样本精确定量分流成若干特定体积的样本，实现了定量检测，提高了多指标检测结果的准确性，满足不同的检测需求。
2)本发明提供的微流控芯片，分流后多余的样品可通过第二缓冲流道流至废液孔中储存，避免了样品的污染，方便进行废液处理；且该微流控芯片结构简单，易于控制，使用简便，检测效率高。
附图说明
图1是本发明提供的微流控芯片的结构示意图；
图2是本发明提供的单向阀的结构示意图；
图3是本发明提供的单向阀在液体样本正向流动时的状态示意图；
图4是本发明提供的单向阀在液体样本逆向流动时的状态示意图。
图中：
1-加样孔；2-分流支路；3-定量存液区；4-单向阀；5-第一缓冲流道；6-第二缓冲流道；7-废液孔；
41-挡板；42-弹性膜片。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“左、右、正向、逆向”是指本发明提供的微流控芯片在正常使用情况下定义的，并与附图1-4中所示的左右方向一致。这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。
本实施例提供一种微流控芯片，如图1所示，包括加样孔1、若干分流支路2、单向阀4、第一缓冲流道5和检测区(图中未示出)，其中若干分流支路2的一端均与加样孔1的出口相连通，另一端连通有预设容积的定量存液区3，单向阀4设置在各分流支路2中，单向阀4被配置为能够阻止定量存液区3中的样本逆向流动，第一缓冲流道5的一端与定量存液区3的出口相连通，另一端连通有检测区，分流支路2的直径大于第一缓冲流道5的直径。
通过设置若干分流支路2及对应的检测区，且分流支路2的数量可根据检测指标的需求灵活增减，实现了一次进样即可同时进行多项指标检测的目的，节省检测时间，简化检测过程；通过设置不同直径的流道控制流速，设置预设容积的定量存液区3，以及设置单向阀4控制流向，能够根据不同指标的检测需要将一种样本精确定量分流成若干特定体积的样本，实现了定量检测，提高了多指标检测结果的准确性，满足不同的检测需求。
具体而言，加样孔1的容积较大，可以容纳50-500uL的液体样本，其容积不小于各检测区的容积之和，以满足各指标的检测需要。定量存液区3设计成一系列容积不同、特定大小的孔，各分流支路2连通的定量存液区3可以有不同的容积，各定量存液区3的容积被配置为能够满足对应的检测区的检测需要。
在本实施例中，分流支路2的数量优选地设置为2-5条，直径范围设置为1-3mm，当然，这只是一个优选范围，在实际设计中，分流支路2的数量及直径均可根据实际的检测需求而定。
更进一步地，单向阀4由柔性材料制成，并嵌入各分流支路2内。其结构及工作原理如图2-图4所示，图中箭头方向为液体样本的流动方向，单向阀由一个尺寸较大的挡板41和一个较薄的弹性膜片42组成，两者的间距约10-50um，弹性膜片42厚度约20-200um，其具有较好的弹性，在受到如图2所示的正向流动压力时，弹性膜片42的上端会向右发生弹性偏移，参见图3，即液体样本可推开弹性膜片42，正向通过；逆向流动时，如图4所示，液体样本会向左压弹性膜片42，使弹性膜片42的上端与挡板41紧密贴合，从而阻止液体样本逆向流动。通过设置单向阀4，能够有效防止定量存液区3中的液体样本逆向回流，保证定量存液区3中的液体样本全部流入检测区中，从而减小检测偏差，保证检测结果的准确性。本实施例中的弹性膜片42由PDMS制成，当然，也可以由橡胶或硅胶等弹性良好的柔性材料制成，本实施例不再一一列举。
更进一步地，本实施例中的微流控芯片还包括第二缓冲流道6和废液孔7，第二缓冲流道6的一端连通在单向阀4与加样孔1之间的流道中，第二缓冲流道6的另一端连通有废液孔7。第二缓冲流道6和废液孔7的数量及位置视实际情况而定，作为优选，本实施例在微流控芯片最外侧的上下两流道中分别设置一组第二缓冲流道6和废液孔7。
分流后多余的样品可通过第二缓冲流道6流至废液孔7中储存，避免了样品的污染，方便进行废液处理。
更进一步地，第一缓冲流道5和第二缓冲流道6均包括多个S型弯道，且第一缓冲流道5的弯道数量多于第二缓冲流道6的弯道数量，分流支路2的直径、第二缓冲流道6的直径与第一缓冲流道5的直径依次减小，使得液体样本在分流支路2、第二缓冲流道6与第一缓冲流道5中的流速依次减小，且液体样本流动所需的驱动力逐渐增大。
在直径最大的分流支路2中，样本流速最快，在一定的压力或毛细作用力下，样本可以很快流到不同分流支路2中的单向阀4位置处，并在流动力的驱动下，推开单向阀4的弹性膜片42，进入各个定量存液区3中。
第二缓冲流道6的直径较细，约为分流支路2直径的0.3-0.6倍，优选为0.6-1mm，且具有一定数量的S型弯道，样本在第二缓冲流道6中的流动速度降低，需要的驱动力增加，所以样本会优先流入各分流支路2，通过单向阀4，并流至各定量存液区3，将定量存液区3充满。
第一缓冲流道5的直径最细，约为分流支路2直径的0.09-0.2倍，优选为100-400um，且S型弯道的数量更多，样本流动速度显著降低，样本流入需要的压力急剧增加，因此定量存液区3充满后，其中的样本向右继续流动的速度非常缓慢，使得单向阀4左侧多余的液体样本，将通过第二缓冲流道6，流入废液孔7中；废液孔7中设置有嵌入式强吸水性材料，比如毛细力较强的材料，能够为样本的流动提供吸力。
由于单向阀4的存在，阻止了定量存液区3中液体样本的逆向流动，所以仅有多余的液体样本进入废液孔7，而定量存液区3中的样本，会缓慢逐渐地通过第一缓冲流道5，进入检测区。
比如，分流支路2设置为3条，其直径为3mm，第二缓冲流道6的直径为0.9mm，第一缓冲流道5的直径为0.4mm；比如，分流支路2设置为4条，其直径为2mm，第二缓冲流道6的直径为0.6mm，第一缓冲流道5的直径为0.2mm；又比如，分流支路2设置为5条，其直径为1.5mm，第二缓冲流道6的直径为0.5mm，第一缓冲流道5的直径为0.1mm。可以理解的是，以上举例仅为本实施例的优选设置，在微流控芯片的实际制造设计中，可根据不同的检测需要进行设置，并不局限于此。
微流控芯片的材质可以选用PDMS、PS、PMMA、COC、ABS或PC等各种有机材料，本实施例优先选用PDMS或PS，通过注塑或压印加工制成，且微流控芯片整体经过表面亲水处理，使其具有一定的亲水性，能够对样本的流动提供驱动力。
下面对本实施例提供的微流控芯片的定量分流过程加以说明：
首先，加样孔1中加入样本，依靠毛细作用力驱动、压差驱动、电磁驱动等驱动方式，驱动样本向前流动；
接着，样本通过分流支路2，以较快的流速前行。
接着，分流后的样本，在各分流支路2中通过单向阀4，实现单向流动，进入定量存液区3。
接着，定量存液区3中的样本继续前行到第一缓冲流道5，样本流速会明显降低，因此样本在定量存液区3中积累直至充满。
然后，由于废液孔7中设置有强吸水性材料，因此多余的样本会通过第二缓冲流道6流入废液孔7中，以将单向阀4左侧的残留样本基本排走。
最后，定量存液区3中的样本，会缓慢通过第一缓冲流道5，流入后面的检测区进行检测。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：
加样孔(1)；
若干分流支路(2)，其一端均与所述加样孔(1)的出口相连通，另一端连通有预设容积的定量存液区(3)；
单向阀(4)，其设置在所述分流支路(2)中，所述单向阀(4)被配置为能够阻止所述定量存液区(3)中的样本逆向流动；
第一缓冲流道(5)，其一端与所述定量存液区(3)的出口相连通，另一端连通有检测区；
第二缓冲流道(6)和废液孔(7)，所述第二缓冲流道(6)的一端连通在所述单向阀(4)与所述加样孔(1)之间的流道中，所述第二缓冲流道(6)的另一端连通有所述废液孔(7)；
所述分流支路(2)的直径大于所述第一缓冲流道(5)的直径；所述分流支路(2)的直径、所述第二缓冲流道(6)的直径与所述第一缓冲流道(5)的直径依次减小；所述第一缓冲流道(5)和所述第二缓冲流道(6)均包括多个S型弯道，且所述第一缓冲流道(5)的弯道数量多于所述第二缓冲流道(6)的弯道数量。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片整体经过表面亲水处理。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述分流支路(2)的直径范围为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一缓冲流道(5)的直径范围为100-400μm。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第二缓冲流道(6)的直径范围为0.6-1mm。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述废液孔(7)中设置有吸水材料。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的材质为PDMS、PS、PMMA、COC、ABS或PC。
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