CN109967149A - 微流控芯片 - Google Patents

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    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
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Abstract

本发明涉及营养液检测技术领域，提供一种微流控芯片，包括玻璃基板和混合基板，混合基板的下表面和玻璃基板的上表面相贴合，混合基板的下表面设有螺旋形的混合凹槽，混合凹槽与玻璃基板的上表面形成混合通道，贯穿混合基板的厚度方向设有用于向混合通道输送液体的竖向连接通道，竖向连接通道与混合通道在螺旋形的混合凹槽的内圈起点处相连通，混合凹槽的截面宽度沿混合通道内液体流动的方向逐渐增大。本发明实施例提供的微流控芯片，通过设置渐扩的螺旋形混合通道，可实现对营养液检测过程中溶液的快速、高效、便捷混合及检测，克服了现有的混合器大多存在的仪器设备体积占地大、操作步骤繁琐以及混合不充分的问题。

Description

微流控芯片
技术领域
本发明涉及营养液检测技术领域，尤其涉及一种微流控芯片。
背景技术
无土栽培技术作为设施园艺的关键性技术之一，在节约资源，环境保护，减排增产，实现可持续发展中，发挥着重要作用。营养液作为无土栽培技术的核心，其组成直接影响作物对养分的吸收和生长，因此根据作物的种类、不同生长时期，气候条件等具体情况，有针对性的快速、准确、高效地确定营养液的组成成分，显得尤为重要。离子选择电极是指带有敏感膜的、能对离子或分子态物质有选择性响应的电极，具有特异性及易用性的特点，被广泛用于营养液的养分检测。
标准加入法在离子选择电极上的应用是，向待测溶液中加入定量的高浓度标准溶液，利用离子选择电极前后的电势差及离子选择电极本身的灵敏度(Nernst方程斜率)，从而实现对待测溶液离子浓度的测量。标准加入法稳定性好，应用广泛，可忽略背景对离子选择电极检测电势的影响，与其它计量模型相比，操作简单，且利于配合流体控制系统运行。
目前，应用标准加入法进行营养液的检测，由于设备限制，局限于人工操作，需人工取样、加液，并手动或其它摇床等设备进行混匀，存在混合比例不精确、待测液与加入液混合不充分、操作繁琐、自动化检测水平低等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种微流控芯片，用以解决或部分解决现有的一些混合器大多存在仪器设备体积占地大、操作步骤繁琐以及混合不充分的问题。
本发明实施例提供一种微流控芯片，包括玻璃基板和混合基板，所述混合基板的下表面和所述玻璃基板的上表面相贴合，所述混合基板的下表面设有螺旋形的混合凹槽，所述混合凹槽与所述玻璃基板的上表面形成混合通道，贯穿所述混合基板的厚度方向设有用于向所述混合通道输送液体的竖向连接通道，所述竖向连接通道与所述混合通道在所述螺旋形的混合凹槽的内圈起点处相连通，所述混合凹槽的截面宽度沿所述混合通道内液体流动的方向逐渐增大。
本发明实施例提供的微流控芯片，待检测的营养液进入混合通道，混合通道为螺旋形，使流体在混合通道内流动时能够产生离心力，进而在离心力的作用下产生二次流，大大增加流体间的接触面积，显著提高混合效率；同时，沿液体的流动方向，混合通道的截面积随着截面宽度的不断增大而增大，能够减缓流速，降低通道内的压力；实现对营养液检测过程中溶液的快速、高效、便捷混合及检测，克服了现有的混合器大多存在的仪器设备体积占地大、操作步骤繁琐以及混合不充分的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的混合基板下表面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的隔板结构局部放大图；
图中：1、混合凹槽；2、凸起；3、样品检测凹槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种微流控芯片，包括玻璃基板和混合基板，混合基板的下表面和玻璃基板的上表面相贴合，混合基板的下表面设有螺旋形的混合凹槽1，混合凹槽1与玻璃基板的上表面形成混合通道，贯穿混合基板的厚度方向设有用于向混合通道输送液体的竖向连接通道，竖向连接通道与混合通道在螺旋形的混合凹槽1的内圈起点处相连通，混合凹槽1的截面宽度沿混合通道内液体流动的方向逐渐增大。
本发明实施例提供的微流控芯片，待检测的营养液通过竖向连接通道进入混合通道，混合通道为螺旋形，使流体在混合通道内流动时能够产生离心力，进而在离心力的作用下产生二次流，大大增加流体间的接触面积，显著提高混合效率；同时，沿液体的流动方向，混合通道的截面积随着截面宽度的不断增大而增大，能够减缓流速，降低通道内的压力。
相较于应用标准加入法并采用传统混匀仪、摇床或振荡器进行营养液检测，微流控系统能够将检测过程中的加样、混合、反应、分离、检测等功能集成在一个芯片上完成，在实现了样品制备及检测过程高效快速的同时，也实现了样品及检测液的微量化，降低了能源的消耗，大大降低了检测成本。
微混合器通常被分为主动式和被动式混合器。主动式微混和器是指除了注入流体所需的外力外还需要额外的外力输入，外力主要包括气动力、电磁力、电动力、超声波等。主动式微混和器通常结构相对简单，混合器本身易于控制。但是外力的引入使得主动式微混和器难以集成。
被动式微混和器是指不需要额外的外力则能实现很好的混合。被动式微混和器的混合完全依赖于流体自身在通道内的扩散或混沌流。因此被动式微混合器的通道多采用复杂的几何结构，以增强流体的扩散或者混沌对流。
本发明实施例提供的微流控芯片，属于被动式微混合器。通过设置渐扩的螺旋形混合通道，可以实现对营养液检测过程中溶液的快速、高效、便捷混合及检测，克服了现有的混合器大多存在的仪器设备体积占地大、操作步骤繁琐以及混合不充分的问题。
本发明实施例提供的微流控芯片，形成混合通道的混合凹槽1可以是逆时针方向旋转的螺旋形。
本发明实施例提供的微流控芯片，混合凹槽1包括有内侧侧壁和外侧侧壁。内侧侧壁的形状可以为斐波那契螺旋线；组成此斐波那契螺旋线的最小圆弧半径为100～600微米，混合凹槽1的最小截面宽度大于50微米。本发明实施例提供的微流控芯片，其混合凹槽1可以是以斐波那契数列为半径的四分之一圆弧所连接而成的斐波那契螺旋线；比如说，组成混合凹槽1内侧侧壁所对应的斐波那契螺旋线的四分之一圆弧的半径的数列为{rn，n≤a}，100μm≤r0＝r1≤600μm，当n≥3时，rn＝rn-1+rn-2；a为组成混合凹槽1内侧侧壁所对应的斐波那契螺旋线的四分之一圆弧的数量，6≤a≤20；外侧侧壁与内侧侧壁之间的距离为混合凹槽1的截面宽度，与半径为rn的内侧侧壁相对应的混合凹槽1截面宽度为Wn，Wn＝W0+50·(n-1)，W0≥50μm。斐波那契螺旋线，也称“黄金螺旋”，是根据斐波那契数列画出来的螺旋曲线，自然界中存在许多斐波那契螺旋线的图案，是自然界最完美的经典黄金比例。本发明实施例的形成混合通道的混合凹槽1将内侧侧壁形状设为斐波那契螺旋线，可以利用斐波那契螺旋线的自然性质，增大流体与混合通道内壁的碰撞接触，提高混合效率。
如图2所示，本发明实施例提供的微流控芯片，混合凹槽1内还可以包括有隔板结构，隔板结构为设于混合凹槽1侧壁的凸起2。通过设置凸起2，对流体在混合凹槽1内的流动产生阻隔，易于乱流的产生，并大大提高混沌流产生的几率，提高混合效率。凸起2可以是沿混合通道内液体流动的方向交错设于混合凹槽1的两侧侧壁。相邻两个凸起2沿混合通道内液体流动的方向的间隔可以为凸起2所在处混合凹槽1的截面宽度的1.5～2.5倍。另外，凸起2相对于混合凹槽1的侧壁的高度可以为混合凹槽1在此凸起2处的截面宽度的三分之一至三分之二；凸起2沿混合凹槽1深度方向的长度可以为混合通道在此凸起2处的截面高度的四分之一至三分之一；凸起2沿混合通道内液体流动方向的厚度可以为8～12微米。进一步地，凸起2垂直于混合通道内液体流动方向的表面可以设置为凸面弧形，凸面弧形的弧形半径可以为凸起2所在处混合凹槽1的截面宽度的3～5倍。凸面弧形使凸起2表面更光滑，防止出现液体流动的死区，有利于提高混合效率。
本发明实施例提供的微流控芯片，还可以包括有输入基板，输入基板的下表面和混合基板的上表面相贴合。输入基板的下表面设有输入凹槽，输入凹槽与混合基板的上表面形成输入通道，在输入基板的下表面与混合基板的上表面之间形成输入通道，可以避免输入通道与混合通道相交叉。贯穿输入基板的厚度方向还设有多条竖向进液通道，多条竖向进液通道通过输入通道与竖向连接通道相连通；通过设置多个竖向进液通道，可以使多种待混合液体能够同时进入混合通道，利于混合。比如说，设于输入基板下表面的输入凹槽可以为Y形，有三个端口，一个端口与竖向连接通道相连接，另外两个端口中的每一个分别于与一个竖向进液通道相连接，形成带混合液体的两个输入口。
本发明实施例提供的微流控芯片，混合基板的下表面还可以设有样品检测凹槽3，样品检测凹槽3位于螺旋形的混合凹槽1的外圈终点处，样品检测凹槽3与玻璃基板的上表面形成样品检测池。样品检测凹槽3可以设置为直径大于3000微米的圆形凹槽。可以在样品检测凹槽3的底部贯穿芯片基板设置一个竖向的通道用于液体的排出。
由以上实施例可以看出，本发明提供的微流控芯片，待检测的营养液进入混合通道，混合通道为螺旋形，使流体在混合通道内流动时能够产生离心力，进而在离心力的作用下产生二次流，大大增加流体间的接触面积，显著提高混合效率；同时，沿液体的流动方向，混合通道的截面积随着截面宽度的不断增大而增大，能够减缓流速，降低通道内的压力；实现对营养液检测过程中溶液的快速、高效、便捷混合及检测，克服了现有的混合器大多存在的仪器设备体积占地大、操作步骤繁琐以及混合不充分的问题。进一步地，本发明实施例提供的微流控芯片，还可以通过将混合通道的内侧侧壁的形状设为斐波那契螺旋线、在混合通道设置隔板结构、设置多个进液口和设置样品检测池等方式，进一步提高混合效率、方便检测。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，包括玻璃基板和混合基板，所述混合基板的下表面和所述玻璃基板的上表面相贴合，其特征在于，所述混合基板的下表面设有螺旋形的混合凹槽，所述混合凹槽与所述玻璃基板的上表面形成混合通道，贯穿所述混合基板的厚度方向设有用于向所述混合通道输送液体的竖向连接通道，所述竖向连接通道与所述混合通道在所述螺旋形的混合凹槽的内圈起点处相连通，所述混合凹槽的截面宽度沿所述混合通道内液体流动的方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合凹槽为逆时针方向旋转的螺旋形。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合凹槽包括内侧侧壁和外侧侧壁，所述内侧侧壁的形状为斐波那契螺旋线；组成所述斐波那契螺旋线的最小圆弧半径为100～600微米，所述混合凹槽的最小截面宽度大于50微米。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合凹槽内还包括隔板结构，所述隔板结构为设于所述混合凹槽侧壁的凸起。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述凸起沿所述混合通道内液体流动的方向交错设于所述混合凹槽的两侧侧壁。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述凸起沿所述混合通道内液体流动的方向的间隔为所述凸起所在处所述混合凹槽的截面宽度的1.5～2.5倍。
7.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述凸起相对于所述混合凹槽的侧壁的高度为所述混合凹槽在所述凸起处的截面宽度的三分之一至三分之二；所述凸起沿所述混合凹槽深度方向的长度为所述混合凹槽深度的四分之一至三分之一；所述凸起沿所述混合通道内液体流动方向的厚度为8～12微米。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述凸起垂直于所述混合通道内液体流动方向的表面为凸面弧形，所述凸面弧形的弧形半径为所述凸起所在处所述混合凹槽的截面宽度的3～5倍。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，还包括输入基板，所述输入基板的下表面和所述混合基板的上表面相贴合；所述输入基板的下表面设有输入凹槽，所述输入凹槽与所述混合基板的上表面形成输入通道；贯穿所述输入基板的厚度方向还设有多条竖向进液通道，多条所述竖向进液通道通过所述输入通道与所述竖向连接通道相连通。
10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合基板的下表面还设有样品检测凹槽，所述样品检测凹槽位于所述螺旋形的混合凹槽的外圈终点处，所述样品检测凹槽与所述玻璃基板的上表面形成样品检测池。
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