CN108927232B - 一种针对微流控芯片的流体混匀结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及微控流芯片技术领域，尤其涉及一种针对微流控芯片的流体混匀结构，通过在混合流体的腔室内设置不同高度的第一存储区与第二存储区，并通过混流区连通，混流区具有台阶，并在连接腔室侧壁的混流区左端和/或右端处收敛为直线，流体往复经过混流区时会经过不同的路径，从而形成涡流，实现利用阻尼混合流体的目的；台阶部的流体会经收敛部到达第一存储区，台阶平面上的流体只要很小的驱动力就可以到达第二存储区，流体混合过程中不会出现死体积残留，保证混流效果，降低了对驱动控制的要求；腔室整体构造结单，对耗材的加工难度要求降低；混流区的材质与腔室整体的材质相同，也无需额外设置混匀棒，不会出现副反应或破坏流体样本的现象。

Description

一种针对微流控芯片的流体混匀结构

技术领域

本申请涉及微控流芯片技术领域，尤其涉及一种针对微流控芯片的流体混匀结构。

背景技术

目前生物芯片上的混匀操作是利用离心机的加减速、正反转、并在样本里包埋搅动棒或珠子的方式实现的,对于高速离心转动,搅动棒可能对样本造成快速撞击、形成类似裂解的效果；如果去掉搅动棒,单纯依靠控制产生的离心力变化,液体混匀效果又不太好；另外也可以采用增加阻尼带的方式实现样本液体混匀。

现有技术主要存在以下缺陷：

1.增加了芯片制造的工序，提高了加工成本

针对芯片上增加混匀棒或者珠子的办法,需要将搅动棒或珠子提前埋在芯片内,而且不希望它与预存的液体产生反应,这对生物样品放置的对象还有混匀棒的材质都提高了要求,显然造成成本增加；

2.可能存在副反应

除了混匀棒本身和生物样品的反应,还有就是高速的冲击力可能打断DNA链,破坏样本；

3.阻尼带设置不合理，可能存在死体积残留

死体积出现是因为采用不合适的阻尼带来增加混匀得效果,会导致有死体积存留在混匀腔内,造成定量误差，影响后面实验结果的准确性。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种针对微流控芯片的流体混匀结构。

本申请提供了一种针对微流控芯片的流体混匀结构，包括用于存储流体的腔室，所述腔室包括：流体入口、流体出口、至少一个第一存储区、至少一个第二存储区，所述第一存储区的底面均高于所述第二存储区的底面；所述腔室还包括用于连通所述第一存储区与第二存储区的至少一个混流区，所述混流区的左端、右端分别与所述腔室的侧壁相接；

所述混流区包括呈台阶状的台阶部，在所述混流区的左端和/或右端处，所述混流区收敛为直线，称为收敛部；所述收敛部自所述第一存储区延伸至所述第二存储区。

可选的，所述第一存储区与第二存储区沿所述腔室的长度方向交替设置。

可选的，从所述混流区的左端到右端，所述混流区呈直线状、平滑曲线状、或折线状。

可选的，所述收敛部到所述第二存储区的距离大于所述台阶部到所述第二存储区的距离。

可选的，所述混流区的台阶平面与台阶立面间的夹角、所述第二存储区底面与相邻台阶立面间的夹角为直角或钝角。

可选的，所述台阶平面朝向所述第二存储区的一侧向下倾斜。

可选的，所述台阶平面与台阶立面的连接处设有内倒角。

可选的，所述腔室顶面到所述第一存储区底面的距离为h，第一存储区底面与第二存储区底面之间的高度差为H，其中，H>1.5h。

可选的，所述第一存储区的底面、第二存储区的底面分别为平面、倾斜面、内凹面中的任意一种。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请通过在混合流体的腔室内设置不同高度的第一存储区与第二存储区，并通过混流区连通，混流区具有台阶，并在连接腔室侧壁的混流区左端和/或右端处收敛为直线，流体往复经过混流区时遇到的阻尼不同，流经混流区的区域不同，从而在腔室内形成涡流，再加上流体经过台阶结构时也会形成混合，从而实现流体的充分混合，实现利用阻尼混合流体的目的；台阶部的流体会经收敛部到达第一存储区，台阶平面上的流体只要很小的驱动力就可以到达第二存储区，流体混合过程中不会出现死体积残留，保证混流效果，降低了对驱动控制的要求；腔室整体构造结单，对耗材的加工难度要求降低；混流区的材质与腔室整体的材质相同，也无需额外设置混匀棒，不会出现副反应或破坏流体样本的现象。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一所述针对微流控芯片的流体混匀结构的结构示意图；

图2为本申请实施例一所述第一存储区与混流区的结构示意图；

图3为本申请实施例二所述针对微流控芯片的流体混匀结构的俯视图；

图4为本申请实施例二所述针对微流控芯片的流体混匀结构的立体图；

图5为本申请实施例二所述针对微流控芯片的流体混匀结构的半剖示意图。

其中，1、第一存储区；2、第二存储区；3、混流区；31、台阶部；32、收敛部；10、腔室。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，本申请提供了一种针对微流控芯片的流体混匀结构，包括用于存储流体的腔室10，所述腔室10包括：流体入口、流体出口、至少一个第一存储区1、至少一个第二存储区2，所述第一存储区1的底面均高于所述第二存储区2的底面；所述腔室10还包括用于连通所述第一存储区1与第二存储区2的至少一个混流区3，所述混流区3的左端、右端分别与所述腔室10的侧壁相接；

所述混流区3包括呈台阶状的台阶部31，在所述混流区3的左端和/或右端处，所述混流区3收敛为直线，称为收敛部32；所述收敛部32自所述第一存储区1延伸至所述第二存储区2。

混流区3设置台阶面的部分称为台阶部31，收敛为直线的部分称为收敛部32；具体来说，就是在腔室10内设置底面高度不同的第一存储区1与第二存储区2，在外界设备的带动下，比如利用离心设备带动腔室10高速旋转，离心设备加速、减速运行时，存储在腔室10内的流体会在第一存储区1与第二存储区2之间流动；第一存储区1与第二存储区2之间通过混流区3连通，混流区3为台阶状，并在靠近腔室10内壁处的混流区3左端和/或右端收敛为直线，这样流体在向较高的第一存储区1流动时，大多数流体会从阻尼较小的收敛部32到达第一存储区1；而在流向较低的第二存储区2时，大多数流体会从阻尼较小的台阶部31到达第二存储区2；这样，流体经过混流区3时，经过混流区3底面的流体被充分混合，同时流体来回的路线不同，会在腔室10内形成涡流，让所有流体进行充分混合，实现利用阻尼混合流体的目的；台阶部31的流体会经收敛部32到达第一存储区1，台阶平面上的流体只要很小的驱动力就可以到达第二存储区2，流体混合过程中不会出现死体积残留，保证混流效果，降低了对驱动控制的要求；腔室10整体构造结单，对耗材的加工难度要求降低；混流区3的材质与腔室10整体的材质相同，也无需额外设置混匀棒，不会出现副反应或破坏流体样本的现象。

可选的，所述第一存储区1与第二存储区2沿所述腔室10的长度方向交替设置。当设置多个第一存储区1与第二存储区2时，可沿腔室10的长度方向将第一存储区1与第二存储区2交替设置，然后在所有第一存储区1与第二存储区2之间设置混流区3，流体混流路径更长，单次混流量较多；可根据实际需求选择合适的第一存储区1与第二存储区2数量。

可选的，如图1至图5所示，所述第一存储区1、第二存储区2、混流区3均设置一个，所述第一存储区1与第二存储区2分别设置在所述腔室10的两端。这是一种优选的实施方案，流体只能在第一存储区1与第二存储区2之间往复流动，每次都会经过混流区3，两次经过混流区3流经的路径不同，使流体形成涡流，实现流体的充分混合。

可选的，从所述混流区3的左端到右端，所述混流区3呈直线状、平滑曲线状、或折线状。改变收敛曲线的形状和布局、变化台阶的高度差，可以改变混流区3的阻尼；如图1和图2为实施例一的腔室10结构示意图，采用的是所述平滑曲线状，具体为类圆弧曲线；图3-图5为实施例二的腔室10结构示意图，采用的是所述的C字型。其他的I型、S型、U型、V型、W型等都可以实现上述技术效果，但采用折线状时，需要注意拐角处的结构，避免形成死体积残留。

可选的，所述收敛部32到所述第二存储区2的距离大于所述台阶部31到所述第二存储区2的距离。如图1和图2所示，采用的是类圆弧曲线结构，混流区3一端为台阶部31，另一端为收敛部32，台阶部31靠近第二存储区2，收敛部32远离第二存储区2，从而引导流体形成涡流，有利于流体的充分混合。这种结构适用于离心芯片环境，将针对微流控芯片的流体混匀结构摆放至合适的位置，使得收敛部距离离心点较近，台阶部距离离心点较远；通过调节离心速度、加速度，可以使流体在第二存储区1与第二存储区2之间往复流动，且往复流动所经过的路径不同，实现充分混流。而图3至图5所示的方案，采用的则是对称的类圆弧曲线，台阶部31在中间，距离第二存储区2最近；两个收敛部32在两侧，距离第二存储区2最远。这种结构适用于非离心芯片环境，可将整个针对微流控芯片的流体混匀结构倾斜放置，使两端的收敛部32所在的直线均垂直于流体流动的方向，流体经过混流区3时，会自动从阻尼较小的路径流过，即通过收敛部32到达第一存储区1，通过台阶部31到达第二存储区2，往复流动路径不同，形成涡流，有利于流体的进一步混合。

可选的，所述混流区3的台阶平面与台阶立面间的夹角、所述第二存储区2底面与相邻台阶立面间的夹角为直角或钝角。这样设置后，流体向第一存储区1流动过程中，台阶立面与台阶平面、第二存储区2底面之间均不会出现流体残留，无死体积残留。

可选的，所述台阶平面朝向所述第二存储区2的一侧向下倾斜。这样设置后，流体向第二存储区2流动过程中，台阶平面上不会形成流体积存，无死体积残留。

可选的，所述台阶平面与台阶立面的连接处设有内倒角。拐角孔结构容易形成流体积存，设置内倒角后，可以避免形成死体积残留，保证流体混合效果，流体混合前后体积不变，不影响后续操作的数据准确度。

可选的，所述腔室10顶面到所述第一存储区1底面的距离为h，第一存储区1底面与第二存储区2底面之间的高度差为H，其中，H>1.5h。为保证流体能实现充分混合，保证流体能顺畅流动，混流区3的深度H应是第一存储区1的存储深度h的1.5倍以上。同时，流体储存的体积超过混流区3最高处时，混匀效果会大大降低，为保证混匀效果，应考虑装载流体的存储深度，优选流体深度不超过混流区3深度的一半。

可选的，所述第一存储区1的底面、第二存储区2的底面分别为平面、倾斜面、内凹面中的任意一种。第一存储区1与第二存储区2的底面优选为平面，这样无论流体向哪个方向流动，都不会造成流体积存；但设置成倾斜面、内凹面时，只要结构设置合理，在一定的驱动力作用下，也可以避免死体积残留的出现，可根据实际情况进行选择。

使用时，可将整个针对微流控芯片的流体混匀结构倾斜放置，以调解流体经过混流区3出的阻尼大小，避免出现死体积残留，提升流体的流动能力。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，包括用于存储流体的腔室，所述腔室包括：流体入口、流体出口、至少一个第一存储区、至少一个第二存储区，所述第一存储区的底面均高于所述第二存储区的底面；所述腔室还包括用于连通所述第一存储区与第二存储区的至少一个混流区，所述混流区的左端、右端分别与所述腔室的侧壁相接；

所述混流区包括呈台阶状的台阶部，在所述混流区的左端和/或右端处，所述混流区收敛为直线，称为收敛部；所述收敛部自所述第一存储区延伸至所述第二存储区；

所述收敛部到所述第二存储区的距离大于所述台阶部到所述第二存储区的距离；

所述腔室顶面到所述第一存储区底面的距离为h，第一存储区底面与第二存储区底面之间的高度差为H，其中，H>1.5h。

2.根据权利要求1所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，所述第一存储区与第二存储区沿所述腔室的长度方向交替设置。

3.根据权利要求1所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，从所述混流区的左端到右端，所述混流区呈直线状、平滑曲线状、或折线状。

4.根据权利要求1所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，所述混流区的台阶平面与台阶立面间的夹角、所述第二存储区底面与相邻台阶立面间的夹角为直角或钝角。

5.根据权利要求4所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，所述台阶平面朝向所述第二存储区的一侧向下倾斜。

6.根据权利要求4所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，所述台阶平面与台阶立面的连接处设有内倒角。

7.根据权利要求1-6任一项所述的针对微流控芯片的流体混匀结构，其特征在于，所述第一存储区的底面、第二存储区的底面分别为平面、倾斜面、内凹面中的任意一种。

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