CN1614419A - 微流控分析芯片锥形储液池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于现代分析科学和分析仪器技术领域。其特征是储液池为锥形微管结构，其锥形微管底部的大端孔与微流控芯片基体粘接，锥形微管上部的小端孔作为进液孔，防止液体的蒸发，锥形微管管壁上刻有等分刻度线。采用胶粘剂将储液池粘结在微流孔芯片上盖片，并与微流控芯片下盖片连接；或者是在微流孔分析芯片上直接制成锥形储液池结构。本发明的效果和益处是：减小微流控分析芯片液相分离分析中由于液面压力差引起的区带增宽效应；有效消除实验过程中液体蒸发，提高了分析结果的稳定性；结构本身可以起到固定电极的作用，减少了目前应用中固定电极辅助设备；还可用于定量研究微小压力变化对电驱动流体运动的影响。
Description
技术领域
本发明属于现代分析科学和分析仪器技术领域，应用于生化分析微流控分析芯片中，涉及到微管道内流体压力差调整、样品池液面差观测以及减少实验过程中试验药品在空气中蒸发的结构。
背景技术
微流控分析芯片在现代分析科学和分析仪器中，必将取代当前生化分析试验室的很多设备，是未来应用于生化分析的重要工具之一。现有的电驱动微流控芯片储液池是在芯片上直接加工出直径为3～4mm，深度为1～2mm的3～4个柱形池。这种柱形结构储液池在实际应用中存在以下问题：
(1)储液池中的液面高度差对微米级管道中的流体产生压力差，微小的压力差对流体前液面流型具有明显的影响，是引起分析过程中区带增宽的主要因素。而该压力差在上述柱形储液池内的测试和调整是非常困难的。
(2)一组重复性进样分析实验过程中，储液池液面暴露在空气中的时间是20～50分钟。微量液体的蒸发会引起储液池内样品浓度变化，导致分析结果不稳定。
(3)柱形储液池无法固定实验用铂金电极，实验系统需要采用辅助设备将电极固定在储液池中。一方面增加了实验系统辅助设备，另一方面电极在实验样品中的深度不稳定，会引起液面高度差明显变化。
此外，压力对微管道中流体运动特性的影响研究是微机电系统研究领域的重要课题之一，目前电驱动微流体研究中，研究电和压力混合驱动流体时，还缺少一种简单方便的定量微压力施加方法和装置。
发明内容
本发明的目的就是提供一种制作简单，操作方便的锥形储液池结构，该结构可以直观地测试和调整微管道中的压力差，消除样品在实验过程中的蒸发；解决微流控分析芯片由于液面压力差引起的区带增宽、和由于实验样品蒸发引起的分析结果不稳定问题；达到进一步提高电驱动微流控分析芯片分离效率和分离准确性的目的。
本发明的技术方案是：将锥形微管与微流控分析芯片进样池粘接，形成锥形储液池结构。锥形微管底部的大端孔与微流控芯片基体粘接，锥形微管上部的小端孔作为进液孔，锥形微管管壁上刻有等分刻度线。
实现本发明目的的过程分为，液面观测、液面调整、防止蒸发、固定电极和定量压力调整。具体方案如下：
液面观测：将锥形储液池与微流控分析芯片上盖片粘接，由于提高了液面高度，同时锥形微管上端直径小，液体由于表面张力作用形成的凹面或者凸面面积小，有效减小了目视观测误差，可以直接目视观测液面高度差。
液面调整：由于锥形结构上端小孔直径约为1.0mm，采用洗耳球等简单方法可以在液面施加正向或者反向压力，促使液体在微管道中加速流动。这样，在目视观测粗调液面高度基础上，进一步快速微调液面高度。
防止蒸发：锥形结构上端小孔直径约1.0mm，可以有效减小储液池内的液体蒸发；此外，铂金电极丝直径一般为0.8～0.9mm，当电极进入储液池中时，可以进一步减少储液池内的液体蒸发，蒸发速度约为4mm直径柱形储液池蒸发速度的2.0％。
固定电极：电极进入储液池时，依靠锥形结构上端小孔固定，减少了固定电极的辅助装置；而且由于电极进入储液池的角度和长度固定，不会由于电极不稳定破坏储液池液面的平衡。
定量压力调整：本发明提出的锥形储液池结构可以扩展应用到微流体基础研究中，研究压力和电混合驱动流体的运动特性。锥形管上端直径变小，微量液体可以产生更灵敏的高度差变化。通过前述方法调整储液池内液面高度差，计算出微管道内流体出入口之间的压力差。
本发明的效果和益处是：克服了电驱动微流控分析芯片应用中存在的问题，可以减小微流控分析芯片液相分离分析中由于液面压力差引起的区带增宽效应；有效消除实验过程中液体蒸发，提高了分析结果的稳定性；结构本身可以起到固定电极的作用，减少了目前应用中固定电极辅助设备；还可用于定量研究微小压力变化对电驱动流体运动的影响。结构简单，制作方便。
附图说明
附图是锥形储液池结构示意图。
图中：1.锥形微管，2.芯片进样池，3.胶粘剂，4.微流控芯片上盖片，5.微流控芯片下盖片，6.微管道，7.锥形微管大端孔，8.等分刻度线，9.锥形微管小端孔。
Ws为锥形微管上端孔直径，Wx为锥形微管下端孔直径，H为储液池高度尺寸，S为管壁厚度。
具体实施方式
以下结合技术方案、附图和实验过程对本发明做详细说明。
本发明制作步骤如下：
锥形微管1的基体材料根据实验样品而定，要求和样品药品之间不发生化学反应。采用环氧树脂胶粘剂中的509胶，将锥形微管1和微流控芯片上盖片4上的芯片进样池2粘接起来。采用509环氧树脂胶的原因是其与塑料等有机材料不容易发生化学反应，且固化后透明性好。
锥形微管小端孔9的直径Ws由铂金电极直径和加液器针头直径决定。铂金电极和加液器针头直径一般选择0.8～0.9mm之间，选择锥形微管小端孔9直径Ws为1.0mm为宜。
锥形微管大端孔7直径Wx由芯片进样池2的孔径决定，锥形微管大端孔7直径Wx比芯片进样池2孔径大2～3mm。如果Wx太小，则在粘接操作过程中，液态胶粘剂3容易流入芯片进样池2阻塞微管道6。
本发明使用实施例：
采用5～10cm长的注射器针头，伸入芯片进样池2底部，从下至上将实验样品注入储液池约三分之一处，这样可以避免产生气泡。根据刻度线8目测各储液池液面高度一致。用洗耳球在储液池小端孔9施加正向或者反向压力，微调整储液池中液面高度，进一步消除液面压差。
将铂金电极从锥形微管小端孔9伸入芯片进样池2的底部，以减小调整好的液面高度差变化；锥形微管小端孔9将铂金电极固定好后，电极在实验样品中的深度不变，可以保持实验过程中液面平衡。
铂金丝作为电极使用，减小锥形微管小端孔9的面积，防止样品溶液的蒸发。
该结构用于定量研究压力变化对电驱动流场的影响操作不再叙述。
Claims (2)
1.一种微流控分析芯片锥形储液池，其特征是储液池为锥形微管结构，其锥形微管底部的大端孔(7)与微流控芯片基体粘接，锥形微管上部的小端孔(9)作为进液孔，防止液体的蒸发，锥形微管管壁上刻有等分刻度线(8)。
2.如权利要求1所述的锥形储液池结构，其特征是采用胶粘剂将储液池粘结在微流孔芯片上盖片(4)，并与微流控芯片下盖片(5)连接；或者是在微流孔分析芯片上直接制成锥形储液池结构。
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| CN 200410082832 CN1614419A (zh) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | 微流控分析芯片锥形储液池 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111905390A (zh) * | 2019-05-08 | 2020-11-10 | 翁子胜 | 液体蒸发装置 |
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2004
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