CN114260036B - 一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片，包括载玻片、流道入口、流道体通道和流道出口，所述流道入口、流道体通道和流道出口均设置于载玻片上；所述流道入口和流道出口分别与流道体通道的两端连通。本发明利用直流道和弧形流道组成的流道体通道来加速微米粒子的聚焦，同时根据微粒尺寸差异在流道中发生差异表现，聚焦在直流道中不同的位置，实现高通量的聚焦和分选操作。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体为一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片。
背景技术
微流控芯片具有样品量小、灵敏度高、分析时间短等优点，因此一直受到广泛的关注并被应用于许多领域，包括疾病诊断、环境监测、化学合成、细胞生物学研究等等。微流控芯片可对样品进行稀释、混合、反应、聚焦、分离、检测等步骤，其中微流控的性能主要取决于聚焦和分选是否高效。目前，惯性微流控技术是一种主要利用流体力学的纯物理方法来实现聚焦和分选的技术。近年来，随着微米粒子研究的不断深入，惯性微流控技术取得了长足进步，在生物医疗行业的细胞分选环节中得到大量应用并发挥着重要作用。伴随微制造技术与惯性微流控技术的结合，惯性微流控芯片发展迅速。
然而，目前惯性微流控芯片在可实现并行操作的前提下，无法满足同时实现高速聚焦和分选；在可同时高速聚焦和分选的情况下，惯性微流控芯片不能实现并行扩展，以处理更多的样品。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片，包括载玻片、流道入口、流道体通道和流道出口，所述流道入口、流道体通道和流道出口均设置于载玻片上；所述流道入口和流道出口分别与流道体通道的两端连通。
优选的，所述流道体通道包括多个直流道和多个圆形流道，所述流道体通道的端部均为直流道，多个所述直流道位于同一长度轴线上，所述流道入口和流道出口分别与位于流道体通道两端的直流道连通。
优选的，所述直流道与圆形流道串行交替设置，所述圆形流道以直流道的长度轴线为对称轴对称设置。
优选的，所述直流道的长度为200～600μm。
优选的，所述圆形流道包括两个弧形流道。
优选的，所述弧形流道的内弧曲率半径为200～400微米。
优选的，所述流道出口设有多个。
优选的，多个所述流道出口的宽度不同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片利用流道体通道来加速微米粒子的聚焦，同时根据微粒尺寸差异在流道中发生差异表现，聚焦在直流道中不同的位置，实现高通量的聚焦和分选操作。
进一步的，通过设计微流体通道的结构，在直流道的基础上增加弧形流道，即在惯性升力的基础上引入迪恩力，在惯性聚焦引起的迁移行为过程中，样品中的微粒在经历较短路程后实现良好的聚焦效果，并根据自身的尺寸差别在流道中发生差异表现，聚焦在直流道中不同的位置，满足高通量的聚焦、分选操作的需要，整体结构简单、易于加工生产。
进一步的，交替设置的直流道与圆形流道相较于直流道，可明显加速微米粒子的聚焦。
进一步的，对称设置的圆形流道是为了在一个通道内实现并行操作，提高样品通量和空间的使用效率。
进一步的，对弧形流道的内弧曲率半径进行限定，这是因为在相同流速下，曲率半径的差异导致微粒的聚焦和分选效果会有所不同。在一定范围内，增大曲率半径，微粒的聚焦和分选效果均会增强。
进一步的，多个不同宽度的流道出口是为了获得不同尺寸的样品，有助于提升精确度。
附图说明
图1为本发明的一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片的结构示意图。
图中，1、直流道；2、弧形流道；3、流道入口；4、流道出口；5、载玻片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片，参照图1，包括载玻片5、流道入口3、流道体通道和流道出口4，流道入口3、流道体通道和流道出口4均设置于载玻片5上。
流道体通道包括多个直流道1和多个圆形流道，本实施例中直流道1有七个，圆形流道有六个。
直流道1与圆形流道串行交替设置。交替设置的直流道与圆形流道相较于直流道，可明显加速微米粒子的聚焦。
圆形流道以直流道1的长度轴线为对称轴对称设置，对称设置的圆形流道是为了在一个通道内实现并行操作，提高样品通量和空间的使用效率。
直流道1的长度为200～600μm。多个直流道1位于同一长度轴线上，这是为了保证样品在直流道中的稳定性。
圆形流道包括两个弧形流道2，弧形流道2的内弧曲率半径为200～400微米。这是因为在相同流速下，曲率半径的差异导致微粒的聚焦和分选效果会有所不同。在一定范围内，增大曲率半径，微粒的聚焦和分选效果均会增强。
流道体通道的端部均为直流道1，流道入口3和流道出口4分别与位于流道体通道两端的直流道1连通。
流道出口4设有多个，本实施例中流道出口4有三个。
多个流道出口4的宽度不同，多个不同宽度的流道出口4是为了获得不同尺寸的样品，有助于提升精确度。
本发明利用了流体在微米尺度下的性质，实现了微粒的高效聚焦，以及根据尺寸不同实现连续分离。在微米尺度下，流体形成层流，不同大小的微颗粒在层流中因惯性升力和迪恩力的共同作用下，占有各自不同的平衡位置。初始时刻，将一定浓度的微米粒子悬浮液从流道入口3注入，在经过串行衔接的多个直流道1和弧形流道2后，微粒聚焦成粒子束，同时不同尺寸微粒的位置不同，实现高速聚焦和分离的操作。其中微米粒子悬浮液的通量范围为3～8μL/s，微粒的直径为5μm和10μm，在7μL/s时，两种微粒分离效果最佳。
使用时，在流道入口3处注入包含一定浓度微米粒子悬浮液，在流道出口4处收集分离好的样品。
本发明一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片利用微纳技术实现微流控芯片的加工，采用微纳光刻技术和PDMS翻模方法加工微流体通道，并借助于氧等离子体键合技术将微流体通道与载玻片5进行粘合。
本发明一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片加工方法如下:
步骤一：在硅衬底上旋涂光刻胶；
步骤二：将设计有微流体流道体通道形状的掩膜板置于旋涂有光刻胶的硅衬底上，并进行紫外曝光；
步骤三：经过后烘、显影和高温固化后，得到微流体通道模具；
步骤四：将混合有固化剂的PDMS倾倒在微流体通道模具上，经高温固化后，获得微流体通道，并且用打孔器在微流体通道入口和出口处打孔；
步骤五：通过氧等离子体键合的方法，将微流体通道和载玻片5粘合，即完成加工。
Claims (5)
1.一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片，其特征在于，包括载玻片（5）、流道入口（3）、流道体通道和流道出口（4），所述流道入口（3）、流道体通道和流道出口（4）均设置于载玻片（5）上；所述流道入口（3）和流道出口（4）分别与流道体通道的两端连通；所述流道体通道包括多个直流道（1）和多个圆形流道，所述流道体通道的端部均为直流道（1），多个所述直流道（1）位于同一长度轴线上，所述流道入口（3）和流道出口（4）分别与位于流道体通道两端的直流道（1）连通；所述圆形流道包括两个弧形流道（2）；所述直流道（1）与圆形流道串行交替设置，所述圆形流道以直流道（1）的长度轴线为对称轴对称设置。
2.根据权利要求1所述的基于惯性聚焦分选的微流控芯片，其特征在于，所述直流道（1）的长度为200~600μm。
3.根据权利要求1所述的基于惯性聚焦分选的微流控芯片，其特征在于，所述弧形流道（2）的内弧曲率半径为200~400微米。
4.根据权利要求1所述的基于惯性聚焦分选的微流控芯片，其特征在于，所述流道出口（4）设有多个。
5.根据权利要求4所述的基于惯性聚焦分选的微流控芯片，其特征在于，多个所述流道出口（4）的宽度不同。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107164213A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-09-15 | 华中科技大学 | 一种基于惯性原理分离细胞的芯片 |
| CN208125571U (zh) * | 2018-05-09 | 2018-11-20 | 南京安控易创计算机科技有限公司 | 一种微流控分选测量可吸入颗粒物的装置 |
| CN214881401U (zh) * | 2021-01-29 | 2021-11-26 | 广州万孚生物技术股份有限公司 | 微流控流道及微流控芯片 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8276760B2 (en) * | 2006-11-30 | 2012-10-02 | Palo Alto Research Center Incorporated | Serpentine structures for continuous flow particle separations |
| CN102728424A (zh) * | 2012-07-18 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片 |
| US20170128940A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-11 | Illumina, Inc. | Inertial droplet generation and particle encapsulation |
| CN107674820B (zh) * | 2017-09-22 | 2020-07-31 | 东南大学 | 一种分选细胞的微流控器件及其使用方法 |
| CN107974400A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-01 | 华南理工大学 | 一种耦合介电泳和空间分离的微流控细胞分选芯片及方法 |
| CN113814008A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-12-21 | 上海交通大学 | 微流控通道结构、芯片、颗粒有序排列方法及应用 |
-
2021
- 2021-12-23 CN CN202111595363.0A patent/CN114260036B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107164213A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-09-15 | 华中科技大学 | 一种基于惯性原理分离细胞的芯片 |
| CN208125571U (zh) * | 2018-05-09 | 2018-11-20 | 南京安控易创计算机科技有限公司 | 一种微流控分选测量可吸入颗粒物的装置 |
| CN214881401U (zh) * | 2021-01-29 | 2021-11-26 | 广州万孚生物技术股份有限公司 | 微流控流道及微流控芯片 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 管流中颗粒"惯性聚集"现象的研究进展及其在微流动中的应用;王企鲲等;《力学进展》;20121125;第42卷(第06期);692-704 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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