CN112844502A - 一种微流控装置及其制造方法和提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控装置及其制造方法和提取方法，该微流控装置包括：至少一级流道结构；流道结构包括流道部和陷阱部，流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，第二流道的第一端和第三流道的第一端均连通至第一流道的第二端，第二流道的宽度小于第三流道的宽度；陷阱部包括陷阱，陷阱位于第二流道的第二端，在同方向上，第二流道的宽度小于或等于陷阱的宽度，在垂直于流道结构所在平面的方向上，陷阱的深度大于第二流道的深度。本发明中，第二流道从样品中分离出了最大尺寸小于第二流道宽度的微珠，实现样品中的微珠分离；第二流道分离出的微珠在陷阱处被获取。该微流控装置成本低廉、操作步骤简单、提取高效且无污染。

Description

一种微流控装置及其制造方法和提取方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控装置及其制造方法和提取方法。

背景技术

在生物和化学领域，实验室或实际工作环境中，通常需要对待测样品进行分离、制备、化学反应、检测等操作，以便于进行后续试验和检测工作。例如从血液中提取不同尺寸细胞等，从流体中提取不同尺寸分子等，将被提取的微小物体称之为微珠。

现有微珠提取方法很多。例如通过化学反应，将所需微珠通过置换反应、离心、沉淀等多个步骤提取出。或者，通过显微镜观察辅助，从样品中提取所需微珠。

显然，现有微珠提取方法存在效率低和污染风险的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种微流控装置及其制造方法和提取方法，以解决现有微珠提取步骤繁琐复杂、效率低且易污染等问题。

本发明实施例提供了一种微流控装置，包括：至少一级流道结构；

流道结构包括流道部和陷阱部，流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，每条流道均具有第一端和第二端，第二流道的第一端和第三流道的第一端均连通至第一流道的第二端，第二流道的宽度小于第三流道的宽度，流道的宽度为流道结构所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；

陷阱部包括陷阱，陷阱位于第二流道的第二端，在同方向上，第二流道的宽度小于或等于陷阱的宽度，在垂直于流道结构所在平面的方向上，陷阱的深度大于第二流道的深度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种微流控装置的制造方法，包括：

提供第一基板和第二基板；

在第一基板上进行第一次刻蚀以形成陷阱部；

在第二基板上进行第一次刻蚀以形成流道部，或者，暴露陷阱部并在第一基板上进行第二次刻蚀以形成流道部；其中，流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，每条流道均具有第一端和第二端，第二流道的第一端和第三流道的第一端均连通至第一流道的第二端，第二流道的宽度小于第三流道的宽度，流道的宽度为流道结构所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；陷阱部包括陷阱，陷阱位于第二流道的第二端，第二流道的宽度小于或等于同方向上陷阱的宽度，在垂直于流道结构所在平面的方向上，陷阱的深度大于第二流道的深度；

键合第一基板和第二基板，使陷阱部和流道部对位构成流道结构。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的微流控装置的提取方法，陷阱部还包括陷阱流道，陷阱流道在平行于流道结构所在平面的方向上与陷阱连通；

提取方法包括：

注液阶段，向第一流道中注入待测样品，使待测样品中的待提取微珠通过第二流道进入陷阱；

提取阶段，向陷阱流道的第一端充入惰性气体，使陷阱内的微珠通过陷阱流道的第二端排出。

本发明实施例提供的微流控装置，具有至少一级流道结构，包含微珠的样品进入流道结构的第一流道后，通过驱动力流动至第二流道和第三流道，其中，进入第二流道的微珠的最大尺寸小于第二流道的宽度，其余样品进入第三流道，则第二流道从样品中分离出了最大尺寸小于第二流道的宽度的微珠，实现样品中微珠的分离。分离出的微珠在第二流道流动，并在陷阱处被获取，陷阱的深度大于第二流道的深度，则进入陷阱的微珠不易流出，通过流道结构的梯度深度实现分离出的微珠捕获。本发明实施例，微流控装置能够实现样品中微珠分离和微珠捕获功能，且成本低廉、步骤简单、提取效率高且几乎不存在污染的风险。

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，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。

图1是本发明实施例提供的微流控装置的示意图；

图2是图1沿A-A'的剖视图；

图3是一种多级流道结构的示意图；

图4是第二种多级流道结构的示意图；

图5是一种流道结构的示意图；

图6是第二种流道结构的示意图；

图7是第三种多级流道结构的示意图；

图8是第三种流道结构的示意图；

图9是第四种流道结构的示意图；

图10是第五种流道结构的示意图；

图11是第四种多级流道结构的示意图；

图12是微流控装置的示意图；

图13是图12沿B-B'的剖视图；

图14是图12沿B-B'的第二种剖视图；

图15是图12沿B-B'的第三种剖视图；

图16是图12沿B-B'的第四种剖视图；

图17是第五种多级流道结构的示意图；

图18是第六种多级流道结构的示意图；

图19是第七种多级流道结构的示意图；

图20是第八种多级流道结构的示意图；

图21是本发明实施例提供的微流控装置的制造方法的示意图；

图22是一种微流控装置的制造结构示意图；

图23是另一种微流控装置的制造结构示意图；

图24是本发明实施例提供的微流控装置的提取方法的示意图；

图25是微流控装置的注液阶段的示意图；

图26是微流控装置的提取阶段的示意图；

图27是本发明实施例提供的另一种微流控装置的提取方法的示意图；

图28是微流控装置的清洁阶段的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，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所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种微流控装置，该微流控装置主要用于生物、化学、医学、流体、材料分析过程的样品中微珠的分离。可以理解，微流控装置还可以应用于样品制备、分析、检测等其他技术中，本发明实施例中不进行具体详述。可以理解，样品包含不同尺寸的微珠；或者，样品为流体，该流体样品包含溶液和溶液中的微珠。分离具体是指从样品中分离提取出微珠。

如图1和图2所示，图1是本发明实施例提供的微流控装置的示意图，图2是图1沿A-A'的剖视图，本发明实施例提供的微流控装置包括：至少一级流道结构1；流道结构1包括流道部10和陷阱部20，流道部10包括第一流道11a、第二流道11b和第三流道11c，每条流道均具有第一端和第二端，第二流道11b的第一端和第三流道11c的第一端均连通至第一流道11a的第二端，第二流道11b的宽度小于第三流道11c的宽度，流道的宽度为流道结构1所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；陷阱部20包括陷阱21，陷阱21位于第二流道11b的第二端，在同方向上，第二流道11b的宽度小于或等于陷阱21的宽度，在垂直于流道结构1所在平面的方向上，陷阱21的深度大于第二流道11b的深度。

本实施例中，微流控装置包括一级或多级流道结构1，即在一基板表面上刻蚀出流道结构，图1仅示出其中一级流道结构1。从功能上对流道结构1进行划分，流道结构1的不同区域结构可以划分为流道部10和陷阱部20，可以理解，流道部10是包含微珠的样品的流动路径，陷阱部20用于获取样品中的微珠。微流控装置筛选的样品可以仅包含不同尺寸的微珠，样品还可以包含溶液及溶液中不同细胞与标记抗体结合的大小不同的微珠，微流控装置筛选的样品还可以包含细胞溶解液，该溶解液中有不同尺寸细胞。

显然，基于不同区域结构的功能，流道部10包括连通的多个条状流道构成，条状流道是指其宽度远小于其长度，该条状流道可以是直行流道，也可以是具有弯折的弯折流道，在不影响样品流动和样品中微珠分离的情况下，不具体限定流道的形状，可选弯折流道包括多个直行支部且存在相邻两个直行支部的连接区域为弯折连接。陷阱部20包括多个陷阱21，陷阱21的开口与深度接近，或者陷阱21的开口小于深度，以便于将微珠陷于其内，陷阱21可以是圆柱体，或者正方体、长方体、半球体等任意一种便于限制微珠的结构。图1中示出流道部10包括直行流道和弯折流道，陷阱21可选为圆柱体。

本实施例中，流道部10包括第一流道11a、第二流道11b和第三流道11c，每条流道均具有第一端和第二端，可以理解，样品流入流道时的入口为流道的第一端，样品流出流道时的出口为流道的第二端。第二流道11b的第一端和第三流道11c的第一端均连通至第一流道11a的第二端，可以理解，样品进入第一流道11a，再经过第一流道11a的第二端、由第二流道11b的第一端进入第二流道11b和由第三流道11c的第一端进入第三流道11c。

第二流道11b的宽度小于第三流道11c的宽度，流道的宽度为流道结构1所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸，可以理解，流道的宽度整体趋于平均，便于分离不同尺寸的微珠。流道具有轴心线，沿流道轴心线的方向为流道的轴向，流道还具有径向方向，径向垂直于流道轴向。以图1所示，可选第一流道11a、第二流道11b以及第三流道11c的直行支部具有相同的轴向X，在流道结构所在平面还具有相同的平行于流道结构所在平面的第一径向方向Y，流道在该第一径向方向Y上的尺寸即为流道的宽度，同理，陷阱21在该第一径向方向Y上的尺寸即为陷阱21的宽度。可以理解，图1仅是一种流道结构的示例，流道不限于图1所示，流道的形状等发生变化时，第一径向方向Y和轴向方向X也可能发生变化，但是对于一流道的任意直行区域而言，该区域的轴向方向和第一径向方向始终垂直。

在相同的第一径向方向Y上，第二流道11b的宽度始终小于第三流道11c的同一径向的宽度，即第二流道11b的最大宽度小于第三流道11c的最小宽度。由此可知，第二流道11b的宽度和第三流道11c的宽度不同，则样品中不同尺寸的微珠可以进入宽度不同的流道，以此实现样品中不同尺寸微珠的分离。样品流过第一流道11a后，样品中最大尺寸小于第二流道11b的宽度的微珠可以进入第二流道11b，样品中尺寸大于第二流道11b的宽度的其他微珠无法进入第二流道11b，则会顺着流体方向进入第三流道11c。可知，第二流道11b从样品中分离出了最大尺寸小于第二流道11b的宽度的微珠，实现样品中微珠的分离。

本实施例中，陷阱部20包括陷阱21，陷阱21位于第二流道11b的第二端，在同方向上，第二流道11b的宽度小于或等于陷阱21的宽度，在垂直于流道结构1所在平面的方向上，陷阱21的深度大于第二流道11b的深度。其中，宽度是指平行于流道结构所在平面的第一径向方向Y上的宽度，深度是指垂直于流道结构所在平面的第二径向方向Z上的宽度。陷阱21的深度大于第二流道11b的深度，则样品中的微珠经过第二流道11b后进入陷阱21，陷阱21可以存住微珠，防止捕获的微珠从陷阱21内又返流入第二流道11b。若陷阱21不同区域的深度不同，则可以理解，陷阱21的最大深度需大于第二流道11a的最大深度。

本发明实施例提供的微流控装置，具有至少一级流道结构，包含微珠的样品进入流道结构的第一流道后，通过驱动力流动至第二流道和第三流道，其中，进入第二流道的微珠的最大尺寸小于第二流道的宽度，其余样品进入第三流道，则第二流道从样品中分离出了最大尺寸小于第二流道的宽度的微珠，实现样品中微珠的分离。分离出的微珠在第二流道流动，并在陷阱处被获取，陷阱的深度大于第二流道的深度，则进入陷阱的微珠不易流出，通过流道结构的梯度深度实现分离出的微珠捕获。本发明实施例，微流控装置能够实现样品中微珠分离和微珠捕获功能，具有成本低廉、操作步骤简单、效率高且几乎不存在污染风险的优势。

示例性的，图3是一种多级流道结构的示意图，在上述技术方案的基础上，可选如图3所示微流控装置包括多级级联的流道结构，上级流道结构11的第三流道11c复用为下级流道结构12的第一流道12a。

本实施例中，对于上级流道结构11，其第二流道11b从样品中分离出了最大尺寸小于其宽度的微珠，其他样品流入第三流道11c，第三流道11c复用为下级流道结构12的第一流道12a。对于下级流道结构12，被上级流道结构11分离之后的剩余样品全部进入该下级流道结构12的第一流道12a，再通过其第二流道12b和第三流道12c对样品中的微珠进行再次分离。可以理解，每一级流道结构中，第二流道的宽度小于第三流道的宽度，可以实现尺寸条件小于或等于第二流道的微珠的分离和获取。如此，通过多级级联的流道结构对样品中微珠进行多层级分离以及多种不同尺寸微珠的获取。

可选多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，第二流道的宽度相同；和/或，多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，第二流道的宽度不同。

参考图3所示，在多级级联的流道结构中，相邻两级流道结构的第二流道的宽度不同。可选其中上级流道结构11的第二流道11b的宽度大于下级流道结构12的第二流道12b的宽度。则上级流道结构11的第二流道11b从样品中分离出尺寸小于或等于该第二流道11b的宽度的微珠后，分离后的剩余样品全部流入下级流道结构12。下级流道结构12的第二流道12b从样品中分离出尺寸小于或等于该第二流道12b的宽度的微珠，陷阱捕获分离出的微珠。上下两级流道结构实现了对不同尺寸条件的微珠的分离和获取。

在其他实施例中，还可选相邻两级流道结构中上级流道结构的第二流道的宽度小于下级流道结构的第二流道的宽度，则多级级联的流道结构可以对样品中的微珠按照从小到大的尺寸进行多层级分离和提取。

参考图4所示，图4是第二种多级流道结构的示意图，在多级级联的流道结构中，至少两级流道结构的第二流道的宽度相同，则通过该至少两级流道结构，可以对样品中尺寸小于或等于该第二流道的宽度的微珠进行两次以上分离和捕获，提高了该尺寸条件的微珠的分离纯度。例如一上级流道结构11的第二流道11b和一下级流道结构12的第二流道12b的宽度相同，可选第二流道的宽度相同的上级流道结构11和下级流道结构12可以相邻也可以不相邻。

本发明实施例中，多级级联的流道结构中，可以存在完全相同的至少两级流道结构，也可以存在完全不同的至少两级流道结构，相关从业人员可根据实际所需合理设置流道结构。

可选如图5所示，图5是一种流道结构的示意图，第一流道11a的延伸方向和第二流道11b的延伸方向相同，第三流道11c的第一端与第二端连线方向与第一流道11a的延伸方向交叉。可选第一流道11a、第二流道11b和第三流道11c均为直行流道。第一流道11a的延伸方向和第二流道11b的延伸方向相同，则样品驱动路径为一直线，便于第二流道11b分离样品中尺寸小于或等于其宽度的微珠。第三流道11c的第一端与第二端连线方向与第一流道11a的延伸方向交叉，则分离后的剩余样品被驱动进入第三流道11c流动。

可选如图6所示，图6是第二种流道结构的示意图，第三流道包括弯折部111c与直行部112c，弯折部111c的延伸方向与直行部112c的延伸方向交叉，弯折部111c包括弯折部第一端与弯折部第二端，弯折部第二端与直行部112c连通，弯折部第一端与第一流道11a的第二端连通。可选第一流道11a和第二流道11b均为直行流道。第一流道11a的延伸方向和第二流道11b的延伸方向相同，则样品驱动路径为一直线，便于第二流道11b分离样品中尺寸小于或等于其宽度的微珠。

第三流道为弯折流道，其中包括弯折部111c与直行部112c，弯折部111c起弯折作用，使得第一流道11a与第三流道的直行部112c连通，因此弯折部111c的延伸方向与第一流道11a的延伸方向交叉，且弯折部111c的延伸方向还与直行部112c的延伸方向交叉。

本实施例中，可选第三流道的直行部112c的延伸方向与第一流道11a的延伸方向相同，在其他实施例中，还可选第三流道的直行部的延伸方向与第一流道的延伸方向交叉。

可选如图7，图7是第三种多级流道结构的示意图，所示微流控装置包括多级级联的流道结构，上级流道结构11的第三流道的直行部112c复用为下级流道结构12的第一流道12a。

本实施例中，对于上级流道结构11，其第二流道11b从样品中分离出了最大尺寸小于其宽度的微珠，其他样品流入第三流道，第三流道的直行部112c复用为下级流道结构12的第一流道12a。对于下级流道结构12，被上级流道结构11分离之后的剩余样品全部进入该级流道结构12的第一流道12a，再通过其第二流道12b和第三流道12c对样品中的微珠进行再次分离。可以理解，每一级流道结构中，第二流道的宽度小于第三流道的宽度，可以实现尺寸条件小于或等于第二流道的微珠的分离和获取。如此，通过多级级联的流道结构对样品中微珠进行多层级分离以及多种不同尺寸微珠的获取。

可选多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，第二流道的宽度相同；和/或，多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，第二流道的宽度不同。

参考图7所示，在多级级联的流道结构中，相邻两级流道结构的第二流道的宽度不同。则上下两级流道结构实现了对不同尺寸条件的微珠的分离和获取。

在其他实施例中，还可选在多级级联的流道结构中，至少两级流道结构的第二流道的宽度相同，则通过该至少两级流道结构，可以对样品中尺寸小于或等于该第二流道的宽度的微珠进行两次以上分离和捕获，提高了该尺寸条件的微珠的分离纯度。

需要说明的是，多级级联的流道结构包括但不限于以上结构，例如存在两级流道结构，其中一级流道结构的第三流道为直行流道，另一级流道结构的第三流道包括弯折部和直行部，相关从业人员可根据实际所需合理设置流道结构。

示例性的，图8是第三种流道结构的示意图，在上述技术方案的基础上，可选如图8所示陷阱部包括陷阱流道22，陷阱流道22在平行于流道结构所在平面的方向上与陷阱21连通，陷阱流道22的深度与陷阱21的深度相同，且陷阱流道22的宽度大于或等于第二流道11b的宽度。陷阱流道22包括直行部，其直行部在其轴向方向上贯穿陷阱21。如图8所示，一个陷阱流道22在平行于流道结构所在平面的方向上与一个陷阱21连通，因此该陷阱流道22流经一个陷阱21。

陷阱21用于捕获第二流道11b分离出的微珠，陷阱流道22可作为分离出的微珠的提取路径，便于后续在提取流程中通过陷阱流道22提取出陷阱21捕获的微珠。因此陷阱流道22的深度与陷阱21的深度相同，陷阱流道22的宽度大于或等于第二流道11b的宽度，则陷阱21内捕获的微珠可以在驱动力作用下移动至陷阱流道22内，再提取出捕获的微珠，避免了陷阱21捕获的微珠返回第二流道11b。

图9是第四种流道结构的示意图，可选如图9所示流道部包括至少两个第二流道11b，陷阱部的陷阱流道22在平行于流道结构所在平面的方向上依次贯穿每个陷阱21。则该陷阱流道22依次流经其所贯穿的每个陷阱21，如图9所示可选一个陷阱流道22流经两个陷阱21。

图10是第五种流道结构的示意图，可选如图10所示流道部包括至少两个第二流道11b，陷阱部的陷阱流道22在平行于流道结构所在平面的方向上贯穿一个陷阱21。则陷阱部包括至少两个陷阱流道22，一个陷阱流道22流经一个陷阱21。

本实施例中，可选一级流道结构中包括至少两个宽度相同的第二流道11b，则该级流道结构内两个以上第二流道11b待分离的微珠的尺寸条件相同，均为样品中最大尺寸小于第二流道11b的微珠，由此可提高该类尺寸条件的微珠的获取效率。

在其他实施例中，还可选一级流道结构中包括至少两个宽度不同的第二流道，则该级流道结构内两个以上第二流道用于分离不同尺寸条件的微珠，由此可提高样品中不同尺寸条件的微珠的获取效率。可以理解，第二流道的宽度发生变化时，位于第二流道的第二端的陷阱及陷阱流道均可能发生变化，因此同一个流道结构中，存在两个第二流道且宽度不同时，两个宽度不同的第二流道所对应的陷阱流道不同。

本实施例中，还可选一级流道结构中包括至少两个对称分布的第三流道11c，第三流道11c的直行部可复用为下一级流道结构的第一流道。一级流道结构内设置多个第三流道11c，可以提高分离后的剩余样品在该级流道结构内的驱动效率。

对于一级流道结构，当其流道部设置有两个或以上第二流道11b时，每个第二流道11b的第二端均设置有一个陷阱21，那么该级流道结构中陷阱部的陷阱流道22可依次在第二流道11b的第一径向方向Y上贯穿每个陷阱21，使得第二流道11b的第二端的陷阱21连通。如此，陷阱流道22可提取出第二流道11b的第二端连通的陷阱21内捕获的微珠，甚至微珠从陷阱21内进入陷阱流道22并排出流道结构，实现了微珠的提取，提高了微珠的提取效率，简化了陷阱部的结构。

图11是第四种多级流道结构的示意图，可选如图11所示微流控装置包括多级级联的流道结构，多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，第二流道的宽度相同；该相邻两级流道结构的陷阱流道的第一端连通，和/或，该相邻两级流道结构的陷阱流道的第二端连通。

本实施例中，微流控装置包括多级级联的流道结构，图11示出了其中相邻两级流道结构11和12。上级流道结构11的第三流道11c与下级流道结构12的第一流道12a连通。对于上级流道结构11，其第二流道11b分离出样品中的最大尺寸小于或等于第二流道宽度的微珠后，剩余样品进入其第三流道11c。再进入下级流道结构12的第一流道12a，对于下级流道结构12，其第二流道12b分离出样品中的最大尺寸小于或等于第二流道宽度的微珠后，剩余样品进入其第三流道12c。

该相邻两级流道结构11和12，第二流道11b和12b的宽度相同，则分离出的微珠的尺寸条件相同，均为尺寸小于或等于第二流道11b的宽度的微珠，因此所对应的陷阱流道22a和22b的尺寸可以相同。第二流道11b分离出的微珠进入陷阱21a，驱动陷阱流道22a可提取出陷阱21a内捕获的微珠。相邻两级流道结构的陷阱流道22a和22b的一端共用，可同时提取相邻两级流道结构中尺寸条件相同的微珠，提高了微珠的提取效率。

图12是微流控装置的示意图，图13是图12沿B-B'的剖视图。示例性的，在上述技术方案的基础上，可选如图12和图13所示微流控装置包括第一基板100以及键合在第一基板100上的第二基板200，至少一级流道结构1设置在第一基板100的面向第二基板200的表面上。可选第一基板100和第二基板200均为玻璃基板，便于检测人员观察样品流动和微珠分离。需要说明的是，图12是从第二基板200正上方俯视的俯视图，正常情况下，流道结构被第二基板200遮挡而无法显示，但图12中为了说明流道结构在基板中的位置，在第二基板200上示出流道结构，流道结构的轮廓采用虚线表征以示意其位于基板内部，而非第二基板200表面。本领域技术人员根据图12&13或者根据图12&14，可清楚了解流道结构在基板中的具体位置，在此不再赘述。

在第一基板100的表面上通过刻蚀的方式形成流道结构1的陷阱部20，再通过刻蚀的方式二次刻蚀陷阱部20以及刻蚀形成流道部10，则经过两次刻蚀形成陷阱部20，经过一次刻蚀形成流道部10。因此制造形成的流道结构1的陷阱部20的深度大于流道部10的深度。然后在第一基板100的制作流道结构1的表面上键合第二基板200，形成密封的流道结构1。可选的，通过在第一基板上二次刻蚀的方式形成流道结构1，可以实现流道结构1的梯度深度。

样品中微珠分离阶段，将待分离样品注入微流控装置，样品通过驱动力在流道结构1的流道部10内流动、且其中微珠在位于第二流道第二端的陷阱部20处被获取，其他样品通过第三流道流出。可以理解，流道结构1内第二流道的数量可以是一个或多个，相应的陷阱个数可以是一个或多个。流道结构1的层级可以是一级或多级。

如上所述，该微流控装置的流道结构制作简单，成本低，样品中微珠分离操作简单易操作，且能够避免外界对样品及其中分离出的微珠的污染，提高了样品中微珠分离和提取的纯度和效率。

图14是图12沿B-B'的第二种剖视图，可选如图14所示微流控装置包括第一基板100以及键合在第一基板100上的第二基板200；流道结构1中，流道部10设置在第二基板200的面向第一基板100的表面上，且陷阱部20设置在第一基板100面向第二基板200的表面上。

在第一基板100的表面上通过一次刻蚀的方式形成流道结构1的陷阱部20，在第二基板200的表面上通过一次刻蚀的方式形成流道结构1的流道部10。然后在第一基板100上对位键合第二基板200，具体是键合第一基板100的制作陷阱部20的表面与第二基板200的制作流道部10的表面，则第一基板100和第二基板200的键合表面处形成有密封的流道结构1，具体对位方式不再赘述。流道结构1的流道部10和陷阱部20制作在两块基板上，两块基板分别刻蚀一次，再对位键合，可以提高批量生产的效率。

可以理解，流道部10的第二流道第二端在垂直于第一基板方向上的正投影与陷阱部20交叠，则样品中微珠能够通过流道部10的第二流道落入陷阱部20的陷阱内，实现微珠的捕获。

可选在流道的第一端指向第二端的方向上，两个基板的键合界面与第一基板背离第二基板的表面之间的间距逐渐减小。

图15是图12沿B-B'的第三种剖视图，如图15所示，流道结构1形成在一基板100上。在流道的第一端指向第二端的方向上，两个基板的键合界面与第一基板100的底面之间的间距逐渐减小。第一基板100的底面通常放置在水平平台上，那么此时两个基板的键合界面具有斜度，且流道的第一端的位置处与水平平台的高度大于流道的第二端的位置处于水平平台的高度，则样品从流道的第一端流向其第二端时，两个基板的键合界面的斜度可以辅助样品流动。

图16是图12沿B-B'的第四种剖视图，如图16所示，流道结构1的流道部10和陷阱部20位于不同基板。在流道的第一端指向第二端的方向上，两个基板的键合界面与第一基板100的底面之间的间距逐渐减小。第一基板100的底面通常放置在水平平台上，那么此时两个基板的键合界面具有斜度，且流道的第一端的位置处与水平平台的高度大于流道的第二端的位置处于水平平台的高度，则样品从流道的第一端流向其第二端时，两个基板的键合界面的斜度可以辅助样品流动。

可选微流控装置包括首级流道结构和末级流道结构，首级流道结构的第一流道的第一端延伸至微流控装置的一侧面，末级流道结构的第三流道的第二端延伸至微流控装置的一侧面。在其他实施例中，还可选微流控装置可以仅包括一级流道结构，则该级流道结构即为首级流道结构，也为末级流道结构，其中该级流道结构的第一流道的第一端复用为首级流道结构的第一流道的第一端，该级流道结构的第三流道的第二端复用为末级流道结构的第三流道的第二端。

在此以微流控装置包括两级级联的流道结构为例进行说明。图17是第五种多级流道结构的示意图，如图17所示，可选首级流道结构1F的第一流道1Fa的第一端延伸的侧面与末级流道结构1M的第三流道1Mc的第二端延伸的侧面相同，则至少一级流道结构内部的第三流道如1Mc存在弯折部，使通过多级级联的流道结构之后，末级流道结构1M的第三流道1Mc的第二端与首级流道结构1F的第一流道1Fa的第一端延伸至同一侧面。

图18是第六种多级流道结构的示意图，如图18所示，可选首级流道结构1F的第一流道1Fa的第一端延伸的侧面与末级流道结构1M的第三流道1Mc的第二端延伸的侧面相邻。

图19是第七种多级流道结构的示意图，如图19所示，可选首级流道结构1F的第一流道1Fa的第一端延伸的侧面与末级流道结构1M的第三流道1Mc的第二端延伸的侧面相对。

可以理解，微流控装置中流道结构的级数以及每一级流道结构的流道形状、数量和陷阱个数等均可以根据实际产品需求进行调整，不限于以上任意实施例的限定。

可选微流控装置具有注液孔，微流控装置包括首级流道结构和末级流道结构，注液孔贯穿第一基板或第二基板直至露出首级流道结构的第一流道的第一端；微流控装置具有出液孔，出液孔贯穿第一基板或第二基板直至露出末级流道结构的第三流道的第二端。在此以微流控装置包括两级级联的流道结构为例进行说明。在其他实施例中，还可选微流控装置可以仅包括一级流道结构，则该级流道结构即为首级流道结构，也为末级流道结构；其中，注液孔贯穿基板并露出该级流道结构的第一流道的第一端，出液孔贯穿基板并露出该级流道结构的第三流道的第二端。

结合图13和图20所示，图20是第八种多级流道结构的示意图，可选流道结构1形成在第一基板100的表面上，那么注液孔11d贯穿键合在第一基板100上的第二基板200直至露出首级流道结构的第一流道11a的第一端。微流控装置具有出液孔11e，出液孔11e贯穿第一基板100直至露出末级流道结构的第三流道12c的第二端。通过注液孔11d向首级流道结构的第一流道11a注入样品，则样品在多级级联的流道结构内流动，每一级流道结构的第二流道分离出样品中尺寸小于其宽度的微珠，分离后剩余的样品通过末级流道结构的第三流道12c的第二端的出液孔11e排出流道结构。

结合图14和图20所示，可选流道结构1的陷阱部形成在第一基板100的表面上，流道结构1的流道部形成在第二基板200的表面上，流道部和陷阱部对位键合构成流道结构。那么注液孔11d贯穿键合在第一基板100上的第二基板200直至露出首级流道结构的第一流道11a的第一端。微流控装置具有出液孔11e，出液孔11e贯穿第一基板100直至露出末级流道结构的第三流道12c的第二端。通过注液孔11d向首级流道结构的第一流道11a注入样品，则样品在多级级联的流道结构内流动，每一级流道结构的第二流道分离出样品中尺寸小于其宽度的微珠，分离后剩余的样品通过末级流道结构的第三流道12c的第二端的出液孔11e排出流道结构。

可以理解，微流控装置的注液孔还可以贯穿第一基板，或，出液孔贯穿第二基板，相关从业人员可根据测试所需设置注液孔和出液孔，不限于以上示例。

可选陷阱部包括陷阱流道，陷阱流道在平行于两个基板的键合界面的方向上贯穿陷阱；微流控装置具有进气孔和出气孔，进气孔贯穿第一基板或第二基板直至露出陷阱流道的第一端，出气孔贯穿第一基板或第二基板直至露出陷阱流道的第二端。

结合图13和图20所示，可选陷阱流道22在平行于两个基板的键合界面的方向上贯穿本级流道结构内第二流道处的各陷阱21。陷阱21用于获取第二流道流出的各微珠，陷阱流道22可用于提取陷阱21内贮存的各微珠。可选在第二基板200上打孔，一通孔连通至陷阱流道22的第一端作为进气孔23，另一通孔连通至陷阱流道22的第二端作为出气孔24。从进气孔23冲入惰性气体，则陷阱21内的微珠被惰性气体充入陷阱流道22，另一侧出气孔24施加吸力抽取以提取到陷阱流道22内的微珠。

在其他实施例中，还可选在第一基板上打孔，形成连通至陷阱流道的第一端的进气孔，以及形成连通至陷阱流道的第二端的出气孔。或者，还可选在第一基板上打孔连通至陷阱流道的第一端，以及在第二基板上打孔连通至陷阱流道的第二端，陷阱流道两端的两个通孔可分别作为出气孔和进气孔。可选注液孔、出液孔、进气孔和出气孔的孔径小于陷阱孔径。

由此，实现微珠的提取。其提取过程操作简单，效率高，几乎不会产生污染，保证了提取出的微珠的纯净度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种微流控装置的制造方法，该制造方法可用于制造上述任意实施例所述的微流控装置。图21是本发明实施例提供的微流控装置的制造方法的示意图，如图21所示，微流控装置的制造方法包括：

S1、提供第一基板和第二基板；

S2、在第一基板上进行第一次刻蚀以形成陷阱部；

S3、在第二基板上进行第一次刻蚀以形成流道部，或者，暴露陷阱部并在第一基板上进行第二次刻蚀以形成流道部；其中，流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，每条流道均具有第一端和第二端，第二流道的第一端和第三流道的第一端均连通至第一流道的第二端，第二流道的宽度小于第三流道的宽度，流道的宽度为流道结构所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；陷阱部包括陷阱，陷阱位于第二流道的第二端，第二流道的宽度小于或等于同方向上陷阱的宽度，在垂直于流道结构所在平面的方向上，陷阱的深度大于第二流道的深度；

S4、键合第一基板和第二基板，使陷阱部和流道部对位构成流道结构。

本实施例中，可以采用PVD、Photo、Etch等工艺进行流道结构的刻蚀。

图22是一种微流控装置的制造结构示意图，参考图22所示，在第一基板100上进行第一次刻蚀以形成每级流道结构的陷阱部20，还可选再形成陷阱部20的进气孔和出气孔。然后，暴露陷阱部20并在第一基板100上进行第二次刻蚀以形成每级流道结构的流道部10，还可选再形成流道部10的注液孔和出液孔，第二次刻蚀会将第一次刻蚀的陷阱部20继续向下刻蚀，因此二次刻蚀形成的陷阱部20的深度显然大于一次刻蚀形成的流道部10的流道深度。最后，键合第一基板100和第二基板。可以理解，进气孔、出气孔、注液孔和出液孔中的至少一个通孔还可以形成在第二基板上，或者延伸至微流控装置的任意一个侧面；打孔的工艺步骤还可以在键合基板之后执行。可以理解，流道部10可以包含多级流道结构的流道部，陷阱部20可以包含多级流道结构的陷阱部。

图23是另一种微流控装置的制造结构示意图，参考图23所示，在第一基板100上进行一次刻蚀以形成每级流道结构的陷阱部20，还可选再形成陷阱部20的进气孔和出气孔。在第二基板200上进行一次刻蚀以形成流道部10，还可选再形成流道部10的注液孔和出液孔。最后，键合第一基板100和第二基板200。可以理解，流道部10和陷阱部20分别刻蚀在不同的基板上，因此两个刻蚀步骤相互独立，没有步骤的先后之分。另外，进气孔和出气孔中的至少一个通孔还可以形成在第二基板200上，且注液孔和出液孔中的至少一个通孔还可以形成在第一基板100上，或者延伸至微流控装置的任意一个侧面；打孔的工艺步骤还可以在键合基板之后执行。

可以理解，一级流道结构总共采用两次刻蚀工艺形成；在其他实施例中还可选不同级流道结构的刻蚀工艺次数不同。例如首先形成末级流道结构，然后暴露末级流道结构，在此基础上采用至少一次刻蚀工艺形成倒数第二级流道结构，以此类推，首级流道结构的刻蚀深度最浅，上级流道的刻蚀深度小于下级流道的刻蚀深度，可以形成多梯度流道结构。当然多梯度流道结构中还可以存在至少两级相邻的流道结构的梯度相同。

本实施例提供微流控装置的制造方法，一级流道结构采用两次刻蚀工艺制程，制造过程简单，刻蚀工艺成熟，能够准确控制刻蚀深度和宽度等刻蚀参数。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种微流控装置的提取方法，该提取方法可用于提取上述任意实施例所述的微流控装置分离的微珠。图24是本发明实施例提供的微流控装置的提取方法的示意图，图25是微流控装置的注液阶段的示意图，图26是微流控装置的提取阶段的示意图，如图24、图25和图26所示，微流控装置中陷阱部还包括陷阱流道，陷阱流道在平行于流道结构所在平面的方向上与陷阱连通；该提取方法包括：

S10、注液阶段，向第一流道中注入待测样品，使待测样品中的待提取微珠通过第二流道进入陷阱；

S20、提取阶段，向陷阱流道的第一端充入惰性气体，使陷阱内的微珠通过陷阱流道的第二端排出。

参考图25所示，注液阶段，通过注液孔11d向首级流道结构的第一流道11a注入待测样品，则每级流道结构的第二流道11b和12b分别从待测样品中分离和捕获微珠，其中，第二流道11b和12b分别提取的微珠的尺寸小于或等于其流道宽度。多级流道结构的第二流道均对待测样品中的微珠进行分离和捕获，若其中至少两级流道结构的第二流道宽度不同，则微流控装置可以实现对至少两种不同尺寸条件的微珠的获取；若其中至少两级相邻的流道结构的第二流道宽度相同，则该至少两级相邻的流道结构可以实现对相同尺寸条件的微珠的多次获取，提高了从样品中获取该尺寸条件的微珠的精度。最后，末级流道结构的第三流道12c的第二端位置处的出液孔11e将分离后剩余的样品排出。

参考图26所示，提取阶段，通过进气孔23向流道结构的陷阱流道22内注入惰性气体，则每级流道结构贮存的微珠被从陷阱21驱动至陷阱流道22内，再通过出气孔24施加吸力抽取可将微珠从陷阱流道22内捕获出。由此实现对陷阱内微珠的提取。在其他实施例中，还可选若相邻两级流道结构用于获取相同尺寸条件的微珠，则该相邻两级流道结构的陷阱流道的出气孔或进气孔可以共用。

图27是本发明实施例提供的另一种微流控装置的提取方法的示意图，图28是微流控装置的清洁阶段的示意图，可选如图27和图28所示还包括：S30、清洁阶段，向第三流道的第二端注入惰性气体，使流道部内残留的样品通过第一流道的第一端排出。

在微珠获取或提取完成之后，进入流道清洁阶段，可选S30的操作可以在S10或S20之后执行。清洁阶段，通过出液孔11e向末级流道结构的第三流道12c的第二端充入惰性气体，则惰性气体反向进入流道结构，最后进入首级流道结构的第一流道11a，再从位于第一流道11a的第一端的进液孔11d排出，可以将流道部的管壁清理干净，保证下次样品的分离纯度，还不会影响陷阱部的微珠。

本实施例提供的提取方法，能够实现微珠获取功能，且提高效率，降低污染。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (19)

1.一种微流控装置，其特征在于，包括：至少一级流道结构；

所述流道结构包括流道部和陷阱部，所述流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，每条流道均具有第一端和第二端，所述第二流道的第一端和所述第三流道的第一端均连通至所述第一流道的第二端，所述第二流道的宽度小于所述第三流道的宽度，所述流道的宽度为所述流道结构所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；

所述陷阱部包括陷阱，所述陷阱位于所述第二流道的第二端，在同方向上，所述第二流道的宽度小于或等于所述陷阱的宽度，在垂直于所述流道结构所在平面的方向上，所述陷阱的深度大于所述第二流道的深度。

2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括多级级联的流道结构，上级流道结构的第三流道复用为下级流道结构的第一流道。

3.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一流道的延伸方向和所述第二流道的延伸方向相同，所述第三流道的第一端与第二端连线方向与所述第一流道的延伸方向交叉。

4.根据权利要求3所述的微流控装置，其特征在于，所述第三流道包括弯折部与直行部，所述弯折部的延伸方向与所述直行部的延伸方向交叉，所述弯折部包括弯折部第一端与弯折部第二端，所述弯折部第二端与所述直行部连通，所述弯折部第一端与所述第一流道的第二端连通。

5.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括多级级联的流道结构，上级流道结构的第三流道的直行部复用为下级流道结构的第一流道。

6.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述第三流道的直行部的延伸方向与所述第一流道的延伸方向相同。

7.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括多级级联的流道结构，所述多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，所述第二流道的宽度相同；和/或，

所述多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，所述第二流道的宽度不同。

8.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述陷阱部包括陷阱流道，所述陷阱流道在平行于所述流道结构所在平面的方向上与所述陷阱连通，所述陷阱流道的深度与所述陷阱的深度相同，且所述陷阱流道的宽度大于或等于所述第二流道的宽度。

9.根据权利要求8所述的微流控装置，其特征在于，所述流道部包括至少两个所述第二流道，所述陷阱部的陷阱流道在平行于所述流道结构所在平面的方向上依次贯穿每个所述陷阱。

10.根据权利要求8所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括多级级联的流道结构，所述多级级联的流道结构中，至少存在相邻两级流道结构，所述第二流道的宽度相同；

该相邻两级流道结构的陷阱流道的第一端连通，和/或，该相邻两级流道结构的陷阱流道的第二端连通。

11.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括第一基板以及键合在所述第一基板上的第二基板，所述至少一级流道结构设置在所述第一基板的面向所述第二基板的表面上。

12.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括第一基板以及键合在所述第一基板上的第二基板；

所述流道结构中，所述流道部设置在所述第二基板的面向所述第一基板的表面上，且所述陷阱部设置在所述第一基板面向所述第二基板的表面上。

13.根据权利要求11或12所述的微流控装置，其特征在于，在所述流道的第一端指向第二端的方向上，两个基板的键合界面与所述第一基板背离所述第二基板的表面之间的间距逐渐减小。

14.根据权利要求11或12所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括首级流道结构和末级流道结构，所述首级流道结构的第一流道的第一端延伸至所述微流控装置的一侧面，所述末级流道结构的第三流道的第二端延伸至所述微流控装置的一侧面。

15.根据权利要求11或12所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置具有注液孔，所述微流控装置包括首级流道结构和末级流道结构，所述注液孔贯穿所述第一基板或所述第二基板直至露出所述首级流道结构的第一流道的第一端；

所述微流控装置具有出液孔，所述出液孔贯穿所述第一基板或所述第二基板直至露出所述末级流道结构的第三流道的第二端。

16.根据权利要求11或12所述的微流控装置，其特征在于，所述陷阱部包括陷阱流道，所述陷阱流道在平行于两个基板的键合界面的方向上贯穿所述陷阱；

所述微流控装置具有进气孔和出气孔，所述进气孔贯穿所述第一基板或所述第二基板直至露出所述陷阱流道的第一端，所述出气孔贯穿所述第一基板或所述第二基板直至露出所述陷阱流道的第二端。

17.一种微流控装置的制造方法，其特征在于，包括：

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板上进行第一次刻蚀以形成陷阱部；

在所述第二基板上进行第一次刻蚀以形成流道部，或者，暴露所述陷阱部并在所述第一基板上进行第二次刻蚀以形成流道部；其中，所述流道部包括第一流道、第二流道和第三流道，每条流道均具有第一端和第二端，所述第二流道的第一端和所述第三流道的第一端均连通至所述第一流道的第二端，所述第二流道的宽度小于所述第三流道的宽度，所述流道的宽度为所述流道结构所在平面内垂直于流道延伸方向的方向上该流道的尺寸；所述陷阱部包括陷阱，所述陷阱位于所述第二流道的第二端，所述第二流道的宽度小于或等于同方向上所述陷阱的宽度，在垂直于所述流道结构所在平面的方向上，所述陷阱的深度大于所述第二流道的深度；

键合所述第一基板和所述第二基板，使所述陷阱部和所述流道部对位构成流道结构。

18.一种如权利要求1-17任一项所述的微流控装置的提取方法，其特征在于，所述陷阱部还包括陷阱流道，所述陷阱流道在平行于所述流道结构所在平面的方向上与所述陷阱连通；

所述提取方法包括：

注液阶段，向所述第一流道中注入待测样品，使所述待测样品中的待提取微珠通过所述第二流道进入所述陷阱；

提取阶段，向所述陷阱流道的第一端充入惰性气体，使所述陷阱内的微珠通过所述陷阱流道的第二端排出。

19.根据权利要求18所述的提取方法，其特征在于，还包括：清洁阶段，向所述第三流道的第二端注入惰性气体，使所述流道部内残留的样品通过所述第一流道的第一端排出。

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