CN201884767U - 一种气泡微阀及基于此气泡微阀的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气泡微阀及基于此气泡微阀的微流控芯片。本实用新型提供的气泡微阀，包括一管路，还包括至少一个与所述管路相连通的装置，所述装置是气池和/或气管。基于此气泡微阀的微流控芯片也属于本实用新型的保护范围之内。本实用新型提供的气泡微阀的优点在于：设计简单，操作可控，适用范围宽泛，特别是在非受热状态下和封闭体系中也同样有效。本实用新型提供的微流控芯片，各微反应器和气泡微阀间隔排列，样品串行进样后，在气泡微阀的作用下，各反应器迅速隔离，形成独立、均一的微反应器阵列。此方法的优点在于：样品串行进样，样品体积均一；芯片在进样后，各微反应器在几分钟内迅速隔离，微反应器之间无污染。

Description

一种气泡微阀及基于此气泡微阀的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片领域，特别涉及一种气泡微阀及基于此气泡微阀的微流控芯片。

背景技术

微流控芯片是以微机电加工技术为基础，由微管路在芯片上形成网络，以可控微流体贯穿整个系统并完成各种生物和化学过程的一种技术。在微流控芯片技术发展早期，芯片毛细管电泳是其主流技术，所用芯片结构简单，功能单一；近年来，微流控芯片开始向功能化、集成化方向飞速发展，诸如DNA扩增反应、免疫反应、细胞裂解等重要的生物和化学过程成为新的热点，而为了研究这些复杂的生物化学反应，通常需要在芯片上制作大量、独立、均一的反应池，即构建微反应器阵列。

根据进样方式的不同，微反应器阵列的构建方式通常有并行式和串行式两种。并行式是指进口端与各反应池均有一个管路用于进样，样品从进口端加样，以并行的方式进入各反应池。为了避免进样时各个反应池的各向异性，此方式对管路的设计精度和芯片材料的表面性质都提出了很高的要求。串行式与之不同，进口端与各反应池共用一个管路用于进样，样品可以依次通过各反应池，可以保证各反应池的均一性，但此方式需要微阀来保证各反应池的独立性。

现有的微阀主要包括气动阀(Science，2000，288(5463)：113-116，Unger M A，Chou H P，Thorsen T，Scherer A，Quake S R.)、压电阀、相变阀、扭矩阀(Lab Chip，2009，9，3511-3516，Chien-Fu Chen，Jikun Liu，Chien-Cheng Chang，Don L.DeVoe)等，这些阀或制作技术复杂，难以同便携式仪器匹配，或操作繁琐，不利于普通用户使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气泡微阀，可以简单便捷的控制流路的通断，并利用此气泡微阀来保证上述串行式微反应器阵列中各反应池的独立性。

本实用新型提供的气泡微阀，包括一管路，所述气泡微阀还包括至少一个与所述管路相连通的装置，所述装置为气池和/或气管。

上述的气池和/或气管可以直接与所述管路连接，如实施例1中的气池与所述管路直接连接，实施例9中的气管与所述管路直接连接，实施例10的气池和气管直接与所述管路连接。

上述气池和/或所述气管也可通过至少一个连接装置与所述管路相连通。

上述连接装置是连接管、透气膜、透气板或非透气性膜片。

在某些实施例中，上述气池和/或气管可通过一连接管与上述管路相连通(如实施例2-6，8)。

为避免样品通过连接管进入气池，所述连接管的尺寸(宽、高、长等参数)至少与以下参数相关：注射泵或进样器加样压力，微阀的气池体积，环境温度和湿度，芯片内部空气湿度，管路和连接管夹角，样品溶液表面张力，管路、连接管和气池的亲疏水性质。上述连接管的长度和内径可根据实际需要设置，长度优选≤10cm，如0.75mm或1mm，内径优选≤1cm，如0.27mm或0.2mm。

在另一实施例中，上述气池和/或气管与所述管路之间可设置一透气膜(如实施例7)。这样既可以防止管路中的样品流动到气池或气管中，又可实现气池或气管与所述管路的气相连通。

进一步，上述透气膜的孔径为1nm～1mm。

上述透气膜的材质是聚合物，所述聚合物是纤维素、醋酸纤维素、硝酸纤维素、混合纤维素、聚烯烃、聚酰亚胺、尼龙、聚醚砜、聚乙二醇、海藻酸钠、几丁质或有机硅聚合物；所述有机硅聚合物优选是聚二甲基硅氧烷。

在某些情况下，上述气池和/或气管与所述管路之间设置了一层透气板，在所述透气板上设有将所述管路与所述气池和/或气管相连通的孔。

上述透气板的作用和透气膜类似，上述孔的长度和内径可根据实际需要设置，该孔的高度优选≤10cm，内径优选≤1cm。此孔的尺寸可较大，如1mm；也可较小，如10nm，这时就和透气膜上孔尺寸类似。

上述透气板的材质选自下述任意一种、任意几种组成的复合体或任意几种组成的混合体：金属、玻璃、石英、硅、陶瓷、塑料、橡胶和硅铝酸盐化合物。

在某些情况下，上述气池和/或气管与所述管路之间设置一非透气性膜片，其作用是保证气泡微阀在特定条件下的正常使用。

上述非透气性膜片的材质选自下述任意一种、任意几种组成的复合体或任意几种组成的混合体：金属、玻璃、石英、硅、陶瓷、塑料和橡胶。

当然，连接管、透气膜、透气板或非透气性膜片既可以单独使用，也可以组合使用，且气池和/或气管、连接装置和管路之间的组合关系不限于上下空间组合。

上述气池的形状可以是任意形状。

为了在更多的环境中应用本实用新型的装置，可在上述的气泡微阀的气池内装有干燥剂。

上述干燥剂是变色硅胶、氯化钙、氧化铝或氧化镁。

在上述的任何一种情况下，上述气泡微阀还可包括靠近气池并对所述气池加热的加热装置。

上述加热装置具体可以为电阻丝、电阻膜或金属颗粒；所述金属颗粒优选是金纳米颗粒。

当然加热方法还可以是其它方式如热传导、电磁、超声波、激光或红外线。

在一种情况下，上述气泡微阀还可包括靠近气池并对所述气池冷却的冷却装置。

上述冷却装置具体可为可装冷却液体的管。

当然，上述气泡微阀还可包括与所述气池和/或所述气管相连通的互连管。

所述互连管内通入的是气体、液体或气液混合物。

上述气体可为N₂。

当然，启动气泡微阀还可以有其他方式，如使用物质填充装置或施力装置。所述物质填充装置填充的物质是气体、液体、固体；所述施力装置的施力方法包括压力式，压电式，静电式，气动式和电磁式。

上述气泡微阀的适用条件是开放体系(样品进样完毕后，不封闭进出样口)或封闭体系(样品进样完毕后，封闭进出样口)。

上述气泡微阀的材质选自下述任意一种、任意几种组成的复合体或任意几种组成的混合体：金属、玻璃、石英、硅、陶瓷、塑料、橡胶和硅铝酸盐化合物。

上述气泡微阀的适用对象包括液态样品或液固混合态样品。

上述液态样品是高表面张力系数的液体或低表面张力系数的液体。

上述高表面张力系数的液体是水；所述低表面张力的液体包括酶反应液、核酸扩增体系溶液或十二烷基硫酸钠(SDS)溶液。

本实用新型的另一目的在于提供一种微流控芯片。

本实用新型提供的微流控芯片，包括微反应器阵列，所述微反应器阵列包括至少一管路和通过所述管路相串行连通的至少两个反应池，并且所述微流控芯片还包括任一上述的气泡微阀，所述气泡微阀的管路是所述微反应器阵列的管路的一段。

相邻的上述反应池之间设置至少1个装置，所述装置为上述的气池和/或气管。

在一种情况下，相邻的所述反应池之间的气池和/或气管与所述微流控芯片中的其它气池和/或气管不相通。

在另一种情况下，所述微流控芯片中的气池和/或气管通过上述的互连管相连通。

本实用新型的目的在于提供另一种微流控芯片。

本实用新型提供的另一种微流控芯片包括微反应器阵列，所述微反应器阵列包括至少一管路和通过所述管路相连通的一个反应池，另外所述微流控芯片还包括任一上述的气泡微阀，所述气泡微阀的管路是所述微反应器阵列的管路的一段。

所述管路上设置有至少1个装置，所述装置为上述的气池和/或气管。

某些情况下，所述微流控芯片中的气池和/或气管通过上述的互连管相连通。

本实用新型提供的述微流控芯片可进行生物或化学反应。

上述生物或化学反应包括核酸扩增反应、免疫反应、细胞反应(包括细胞培养，裂解等)。

上述核酸扩增反应包括聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)、链置换扩增反应(strand displacement amplification，SDA)、连接酶链反应(ligase chain reaction，LCR)、依赖核酸序列的扩增反应(nucleic acid sequence-based amplification，NASBA)、转录介导的扩增反应(transcription-mediated amplification，TMA)、环介导等温扩增反应(loop-mediated isothermal amplification，LAMP)、滚环扩增反应(rolling circleamplification，RCA)、依赖解旋酶等温扩增反应(helicase-dependent amplification，HDA)。

本实用新型所提出的气泡微阀响应时间根据不同设计从即时到几分钟不等。

本实用新型所提出的气泡微阀工作原理为：通过某种可控操作，使得气泡微阀中气体的体积或位置发生变化，从而产生气泡(增大气泡)或消除气泡(减小气泡)，最终控制待作用流路的通断。

具体而言，包括以下几种情况：

1、气液相转换(如液体在低湿度空气蒸发，液体在高温空气中蒸发，气体在低温空气中冷凝等)导致气泡微阀中气体的体积或位置变化，产生或消除气泡；

2、气体受热膨胀或在低压时膨胀导致气泡微阀中的气体体积增大，产生气泡；

3、物质进入气池导致气泡微阀中气体的体积或位置变化，产生或消除气泡；

4、气池发生变形，导致气泡微阀中的气体位置变化，产生或消除气泡。

以上原理可以单独使用或者组合使用。

本实用新型所使用的气泡微阀的开启途径包括但不限于：

1、低湿度空气。使用低湿度空气途径开启气泡微阀时，低湿度空气可以是环境空气，也可以是芯片内部所封闭的低湿度空气，其中后者可使用硅胶、氯化钙、氧化镁等常用干燥剂来获取。

2、受热。使用受热途径开启气泡微阀时，受热方式可以是微阀单独加热，也可以是芯片整体加热；受热方法可以是热传导，也可以是电阻加热、电磁、超声、红外光源等加热方法。

3、冷却。冷却方式可以是气泡微阀单独冷却，也可以是芯片整体冷却；冷却方法是热传导，如水冷、风冷、油冷等冷却方法。

4、物质填充。向气泡微阀内填充物质，填充的物质可以是气体、液体、固体。以气体为例，气体导入气泡微阀的方式可以是芯片外部气体导入芯片，也可以是芯片内部气体导入气池。芯片内部的气体可以是本已储存在芯片内部的，也可以是新产生的气体。气体产生的方法可以是气化法，如加热液态或固体试剂产生蒸气，也可以电化学方法，如电解盐溶液，还可以是化学反应，如酸碱反应。

5、物质移取。移取气池外部的物质，如待作用管路中的物质，可以使气池内气体在低压下膨胀。移取的物质可以是气体、液体、固体。

6、芯片施力。可以对气池施力，也可以对气池外部的结构施力。施力可以导致气池发生变形，也可以导致芯片内部压强变化，进而产生或消除气泡。力可以通过芯片外部装置施加，也可以通过芯片内部装置施加。这些装置可以是压力式，压电式，静电式，气动式和电磁式。

以上开启途径可以单独使用或者组合使用。

通常本实用新型所使用的气泡微阀的关闭途径是开启途径的逆过程，如停止加热，停止冷却，导出或移去填充的物质，停止施加外力等。还有一些直接作用气泡的途径，如吸取气泡，使用化学反应或生物反应消耗气体来减小气泡。

关闭途径可以单独使用或者组合使用。

下面举例说明气泡微阀的结构和一种开启途径：此结构为气泡微阀在微流控芯片上的一种简单样式，此结构使用气池103而非气管1202，且气池103不和外界相通。

在低湿度的环境(如相对湿度是5-50％)中使用时，将样品201沿管路101进样，由于气池103的一端封闭，因此样品201不会进入或不会完全充满气池103，此时气泡微阀处于关闭状态(图1)；样品201加样完毕后，由于在低湿度环境下，样品201会有一部分蒸发形成气体202，导致气体202的体积增大，气体202在与气池103相对应的管路101处聚集成气泡，即气泡微阀开启，管路101被阻断(图2)。

本实用新型提供的气泡微阀的优点在于：设计简单，操作可控，适用范围宽泛，特别是在非受热状态下和封闭体系中也同样有效。本实用新型提供的微流控芯片，各微反应器和气泡微阀间隔排列，样品串行进样后，在气泡微阀的作用下，各反应器迅速隔离，形成独立、均一的微反应器阵列。此方法的优点在于：样品串行进样，样品体积均一；芯片在进样后，各微反应器在几分钟内迅速隔离，微反应器之间无交叉污染。

附图说明

图1为本实用新型提出的气泡微阀的结构示意图(此时气泡微阀未开启)。

图2为本实用新型提出的气泡微阀的结构示意图(此时气泡微阀开启)。

图3为本实用新型提出的微反应器阵列构建方法示意图(此时气泡微阀未开启)。

图4为实施例1中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀未开启)。

图5为实施例1中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀开启)。

图6为实施例2中的微流控芯片示意图。

图7为实施例3中的干燥剂放置位置示意图。

图8为实施例5中的微流控芯片示意图。

图9为实施例6中的微流控芯片示意图。

图10为实施例7中的微流控芯片示意图。

图11为实施例8中的微流控芯片示意图。

图12为实施例9中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀开启)。

图13为实施例10中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀未开启)。

图14为实施例10中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀开启)。

图15为实施例10中的气泡微阀示意图(此时气泡微阀再次关闭)。

其中，附图标记说明如下：

101管路；102连接管；103气池；201样品；202气体；301气泡微阀；302反应池；401窄支路管；402宽支路管；403阻挡管；701硅胶干燥剂；801Pt电极；901冷却管；1001互连管；1002气路接口；1101角锥；1201气管式气泡微阀；1202气管；1301组合式气泡微阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。

下述实施例中，芯片制作技术和使用方法均为微流控芯片领域的常规技术和方法。

实施例1、在低湿度环境，开放体系下，开启方法为外部低湿度空气，加样过程中气泡微阀开启，产生的气泡阻挡液流

本实施例的芯片包括两层，上层是厚度为1mm的PMMA盖片，下层是厚度为2mm的PMMA底片。如图4和图5所示，下层底片的上表面结构包括一管路101，一与管路101连通的窄支路管401，一通过阻挡管403与管路101连通的宽支路管402。本实施例中结构还包括了气泡微阀301的结构，气池103直接与管路101连通。管路101和宽支路管402宽度为0.5mm，窄支路管401和阻挡管403宽度为0.2mm，所有管深度均为0.2mm。气池103长2.2mm，宽0.5mm，深1.5mm。气池103的侧壁和底部涂覆有为聚四氟乙烯膜。

上述芯片的制作可以采用通常制作芯片的方法，先在PMMA底片上利用激光雕刻或机械加工方式制作出各微结构，用移液器吸取聚四氟乙烯溶液(0.1％V/V)涂覆在气池中。然后通过底片与PMMA盖片的热压封接形成完整的管路101，气泡微阀301，窄支路管401，宽支路管402，阻挡管403。

将本实施例的微流控芯片置于室温为20℃、相对湿度为16％的室内。使用注射泵往管路101中加样，流速5μL/min，样品为水。如图3所示，由于窄支路管401的流体阻力较大，因此只有小部分样品进入窄支路管401，大部分样品进入宽支路管402。3分钟后，如图5和图2所示，气体202体积增大进入管路101，形成的气泡被阻挡管403阻挡，阻断了宽支路管402，后续样品将只会进入窄支路管401。

原理是：由于聚四氟乙烯呈疏水性，且水的表面张力系数较高，水在低流速进样时不会进入气池103，因此气池103内仍保存有低湿度空气，管路101中的溶液201会有一部分蒸发形成气体202，气体在与气池对应的管路处聚集并被阻挡管403阻挡，阻断下游流路。

实施例2、在低湿度环境，封闭体系，开启气泡微阀的方法为外部低湿度空气时的微流控芯片

如图6所示，芯片包括两层，上层是厚度为1mm的PMMA盖片，下层是厚度为2mm的PMMA底片，在下层底片的上表面上设置了微反应器阵列。微反应器阵列可通过激光雕刻、机械加工或热压封接等现有技术制作。微反应器阵列包括了一管路101以及通过该管路101相串行连通的24个反应池302，反应池与反应池之间的距离是相等的。本实施例中，微反应器阵列是环形，即管路101是环形以及反应池302也是环形排列。

如图6所示，本实用新型提供的微流控芯片还包括了气泡微阀301的结构，具体如图3和图1所示，本实用新型提供的微流控芯片是在每相邻两个反应池302的中间设置了一个气池103，每个气池103均通过一个连接管102与管路101相连通。连接管102长0.75mm，所有管宽度均为0.4mm，深度均为0.2mm，及内径或水力直径为0.27mm。气池103为圆柱形，底面直径1.8mm，深1.5mm。反应池302为圆柱形，底面直径3mm，深1mm。

将本实施例的微流控芯片置于室温为20℃、相对湿度为16％的室内。使用注射泵往管路101中加样，流速为60μL/min，样品为201为PCR体系溶液。样品串行进入各反应池302，然后封闭进样口和出样口，3分钟后，如图2所示，气体202体积增大进入管路101，形成气泡，将各反应池隔离。

原理是：由于PCR体系溶液的表面张力系数较低，需设置连接管102以避免进样时样品进入气池103。在低湿度环境下，管路101中的溶液201会有一部分蒸发形成气体202，气体在与各气池相对应的管路处聚集，将各反应池隔离。

实施例3、在高湿度环境，封闭体系，气泡微阀开启方法为内部低湿度空气时的微流控芯片

如图7所示，本实施例的微流控芯片与实施例2的区别在于在气池103中加入了变色硅胶珠701，其余装置完全相同。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，往气池103中加入了一个变色硅胶珠701，然后先封闭进样口和出样口1小时。之后打开进样口和出样口，使用注射泵往管路101中加样，流速为60μL/min，样品201为PCR体系溶液。样品串行进入各反应池，然后再次封闭进样口和出样口，3分钟后，如图2所示，气体202体积增大进入管路，形成气泡，将各反应池隔离。

本实施例的原理与实施例2类似，只是用将微流控芯片外部低湿度空气变成了微流控芯片内部低湿度的空气。

实施例4、在高湿度环境，封闭体系，气泡微阀的开启方法为整体加热时的微流控芯片

实施例4的微流控芯片与实施例2相同。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，使用注射泵往管路101中加样，流速为60μL/min，样品201为PCR体系溶液，样品串行进入各反应池，然后封闭进样口和出样口，将微流控芯片放入65℃恒温水浴锅中加热，利用热传导方式将整个芯片的温度升为65℃，2分钟后，如图2所示，气体202体积增大进入管路，形成气泡，将各反应池隔离。

本实施例的原理是：通过对微流控芯片整体加热，气池内的饱和蒸气压升高，管路中的溶液会有一部分蒸发形成气体，气体在与各气池相对应的管路处聚集，将各反应池隔离。需注意的是芯片的进出样口处于封闭状态，气池内原有的气体受热后压强增大，但体积不会增大。

实施例5、在高湿度环境，开放体系，开启方法为加热气池时的微流控芯片

如图8所示，芯片包括两层，上层是厚度为4mm的聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片，下层是厚度为2mm的玻璃底片(下层底片中的虚线表示上层盖片结构在下层底片上的投影)。在上层盖片的下表面上设置了微反应器阵列，微反应器阵列的管路101设置成蛇形样式，将各个反应池302串联起来。在下层玻璃底片上制作了Pt电极801，Pt电极801设置成蛇形样式，将各个气泡微阀301的气池103串联起来。连接管102长1mm，所有管宽度均为0.2mm，深度均为0.2mm，及内径或水力直径为0.2mm。气池103为方形，边长3mm，深1.5mm。反应池302为圆柱形，底面直径4mm，深1mm。

上层PDMS盖片的微反应器阵列可通过软刻蚀技术制作，下层玻璃底片的电极可通过溅射、湿法刻蚀等现有技术制作。通过外接电源连接Pt电极801，目的为通过电极电阻只加热气池103，而避免加热反应池302。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，使用注射泵往管路101中加样，流速为360μL/min，样品为SDS溶液(10％W/V)，进样后芯片进样口和出样口不封闭。然后通过Pt电极加热至70℃，2分钟后，气池中的气体202体积增大进入管路，形成气泡，将各反应池隔离。

本实施例的原理是：同实施例2-4中相比，此实施例中使用的样品为SDS溶液，其表面张力系数更低，且此实施例中的进样流速更快，因此需将连接管102变长变窄以避免进样时样品进入气池103。通过对气池加热，气池内的饱和蒸气压升高，管路中的溶液会有一部分蒸发形成气体。同时由于进出样口不封闭，气池内原有的气体受热后压强不变，体积膨胀。这样在蒸发和受热膨胀的共同作用下，气体体积增大，在与各气池相对应的管路处聚集，将各反应池隔离。

实施例6、在高湿度环境，封闭体系，开启方法为气池冷却时的微流控芯片

如图9所示，芯片与实施例5类似，但其包括三层，上层是厚度为4mm的PDMS盖片，中层是厚度为0.2mm的玻璃薄片，下层是厚度为2mm的玻璃底片(下层底片中的虚线表示上层盖片结构在下层底片上的投影)。在上层盖片的下表面上设置了微反应器阵列，微反应器阵列的管路101设置成蛇形样式，将各个反应池302串联起来。中层玻璃片无结构，在下层玻璃底片的上表面上制作了冷却管901，冷却管宽度为1mm，深度为0.2mm。

冷却管901可通过湿法刻蚀等现有技术制作。通过蠕动泵向冷却管901内输送冷却水，目的为通过冷却管只冷却气池103，而避免冷却反应池302。其余装置与实施例5相同。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，使用注射泵往管路101中加样，流速为360μL/min，样品为SDS溶液(10％W/V)，进样后芯片进样口和出样口封闭。然后通过蠕动泵向冷却管901内输送0℃盐水，流速为1mL/min。1分钟后，气池中的气体202进入管路，形成气泡，将各反应池隔离。

本实施例的原理是：气池被冷却后，内部空气202温度降低，这样相对高温的样品会在低温空气中冷凝，在气池内壁出现微小液滴，气池内原有气体会被挤出气池，在对应的管路处聚集，将各反应池隔离。需注意的是芯片的进出样口处于封闭状态，气池内原有的气体冷却后压强减小，但体积不会减小。

实施例7、在高湿度环境，封闭体系，气泡微阀开启方法为导入气体时的微流控芯片

如图10所示，芯片与实施例6类似，同样包括三层，上层是厚度为4mm的PDMS盖片，中层是厚度为0.05mm的PDMS膜，下层是厚度为2mm的玻璃底片(下层底片中的虚线表示上层盖片结构在下层底片上的投影)。上层PDMS盖片只有管路101和反应池302，中层PDMS膜无结构，在下层玻璃底片的上表面上制作了各个气池103和互连管1001，每个气池在下层玻璃上的位置均与上层盖片上的管路相对应。气池103通过多条互连管1001连接在一起，通过气路接口1002与外界连通。需注意的是本芯片中气池103的尺寸与气池之间的互连管1001尺寸相同，宽度均为1mm，深度均为0.2mm。下层玻璃底片的结构可通过湿法刻蚀等现有技术制作。其余装置与实施例5相同。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，使用注射泵往管路101中加样，流速为360μL/min，样品为SDS溶液(10％W/V)，进样后芯片进样口和出样口不封闭。使用N₂气瓶向气路接口1002内输送N₂，压力1.2MPa，10分钟后，气池中的气体202进入管路，将各反应池隔离。然后关闭气路接口1002，不再继续输送N₂，封闭进出样口，气泡体积不会变化，各反应池仍保持隔离。

本实施例的原理是：同实施例5-6中相比，此实施例中在管路和气池之间有PDMS透气膜作为辅助材料，因此无需设置专门的连接管即可保证进样时样品不会进入气池103。另外此实施例中各气池103不再独立，而是通过互连管1001连通。当向气路接口1002内输送N₂时，高压气体会通过透气膜进入管路101，在对应的管路处聚集，形成气泡，将各反应池隔离。在撤去高压气体后，已形成的气泡所受压力平衡，体积不变。

实施例8、在高湿度环境，封闭体系，气泡微阀开启方法为施加外力时的微流控芯片

本实施例的微流控芯片与实施例2类似，但上层1mm的PMMA盖片换成了厚度为0.2mm的PMMA膜。在PMMA膜上放置了开启工具(一角锥环)(如图11所示)。角锥环为一金属圆环，上面安装有23个角锥1101，角锥1101对应气泡微阀的各个气池103。

在室温20℃，环境相对湿度75％的条件下，使用注射泵往管路101中加样，流速为60μL/min，样品201为SDS溶液(10％W/V)，样品串行进入各反应池，然后封闭进样口和出样口。将角锥环上放于芯片上层，并将角锥1102对准各个气池103，施加压力，气体202被挤进管路，形成气泡，将各反应池隔离(如图2所示)。撤去外力，气泡缩回气池103，各反应池不再保持隔离。

原理是：在外力作用下，气泡微阀的上层PMMA膜发生变形，导致气体位置变动，产生的气泡阻断流路。撤去外力后，气池形状恢复，气泡会退回气池。

实施例9、在高湿度环境，开放体系下，开启方式为导入气体，产生的气泡阻断流路

如图12所示，芯片与实施例1类似，区别在于在气泡微阀中使用气管1202而非气池103，可以称为气管式气泡微阀1201。气管1202为聚氯乙烯软管，气管1202一端直接与管路101连通，另一端与一个注射器相连接。气管1202的内径0.1mm，通过环氧树脂与芯片连接。其余装置与实施例1相同。

将本实施例的微流控芯片置于室温为20℃、相对湿度为75％的室内。使用注射泵往管路101中加样，流速5μL/min，样品为水。由于窄支路管401的流体阻力较大，因此只有小部分样品进入窄支路管401，大部分样品进入宽支路管402。如图12所示，通过注射器向气管1202内注射空气，注气时间为2s，然后停止。这时气体会进入管路101，所形成的气泡会随液流向下游移动并被被阻挡管403阻挡，这样气泡就阻断了宽支路管402，后续样品将只会进入窄支路管401。

原理是：气管1202在连接注射器后，处于封闭状态，进样时样品不会进入气管1202。当气体被注射进管路101后，所形成的气泡阻断宽支路管402。

实施例10、在高湿度环境，开放体系下，使用组合式气泡微阀控制流路的通断

如图13所示，芯片与实施例1和实施例9类似，区别在于使用组合式气泡微阀1301，包括气池103和气管1202。气管1202为聚氯乙烯软管，气管1202一端直接与管路101连通，另一端与一个注射器相连接。气管1202的内径0.1mm，通过环氧树脂与芯片连接。其余装置与实施例1相同。

将本实施例的微流控芯片置于室温为20℃、相对湿度为75％的室内。使用注射泵往管路101中加样，流速5μL/min，样品为水。由于窄支路管401的流体阻力较大，因此只有小部分样品进入窄支路管401，大部分样品进入宽支路管402。如图14所示，通过注射器从气管1202内抽气，抽气时间为2s，然后停止。这时部分液体在低压作用下会进入气管1202，同时气池103内的气体在低压作用下会膨胀，膨胀气体进入管路101所形成的气泡会随液流向下游移动并被被阻挡管403阻挡，这样气泡就阻断了宽支路管402，后续样品将只会进入窄支路管401。由于气池103内的气体减少，因此液体填充了部分气池103。

如图15所示，继续使用注射器从气管1202内抽气，抽气时间为10s，然后停止。阻挡管403前面的气泡会被抽走，宽支路管402恢复连通，样品重新进入宽支路管402。

原理是：此实施例中组合式气泡微阀1301的开启方式是移取物质形成低压，在低压作用下，气池103内的气体形成气泡，此气泡阻断宽支路管402；然后利用气管1202将已形成的气泡抽走，恢复宽支路管402的连通。此实施例使用气泡微阀控制待作用管路的通-断-通。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能以此限定本实用新型的实施范围。所有依本实用新型精神所作的均等变化与修饰，均属于本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (25)

1.一种气泡微阀，包括一管路，其特征在于：所述气泡微阀还包括至少一个与所述管路相连通的装置，所述装置为气池和/或气管。

2.如权利要求1所述的气泡微阀，其特征在于：所述气池和/或所述气管与所述管路直接连接。

3.如权利要求1所述的气泡微阀，其特征在于：所述气池和/或所述气管通过至少一个连接装置与所述管路相连通。

4.如权利要求3所述的气泡微阀，其特征在于：所述连接装置是连接管、透气膜、透气板或非透气性膜片。

5.如权利要求4所述的气泡微阀，其特征在于：所述连接管的长度≤10cm，内径≤1cm。

6.如权利要求4所述的气泡微阀，其特征在于：所述透气膜的孔径为1nm-1mm。

7.如权利要求4所述的气泡微阀，其特征在于：所述透气膜的材质为聚合物。

8.如权利要求7所述的气泡微阀，其特征在于：所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。

9.如权利要求4所述的气泡微阀，其特征在于：在所述透气板上设有将所述管路与所述气池和/或气管相连通的孔。

10.如权利要求9所述的气泡微阀，其特征在于：所述孔的高度≤10cm，内径≤1cm。

11.如权利要求1-10中任一所述的气泡微阀，其特征在于：所述气池内装有干燥剂。

12.如权利要求11所述的气泡微阀，其特征在于：所述干燥剂是变色硅胶、氯化钙、氧化铝或氧化镁。

13.如权利要求1-10中任一所述的气泡微阀，其特征在于：所述气泡微阀还包括靠近气池并对所述气池加热的加热装置。

14.如权利要求13所述的气泡微阀，其特征在于：所述加热装置是电阻丝、电阻膜或金属颗粒。

15.如权利要求14所述的气泡微阀，其特征在于：所述金属颗粒是金纳米颗粒。

16.如权利要求1-10中任一所述的气泡微阀，其特征在于：所述气泡微阀还包括靠近气池并对所述气池冷却的冷却装置。

17.如权利要求16所述的气泡微阀，其特征在于：所述冷却装置是可装冷却液体的管。 

18.如权利要求1-10中任一所述的气泡微阀，其特征在于：所述气泡微阀还包括与所述气池和/或所述气管相连通的互连管。

19.如权利要求18所述的气泡微阀，其特征在于：所述互连管内通入的物质是气体、液体或气液混合物。

20.一种微流控芯片，包括微反应器阵列，所述微反应器阵列包括至少一管路和通过所述管路相串行连通的至少两个反应池，其特征在于：所述微流控芯片还包括权利要求1-19中任一所述的气泡微阀；所述气泡微阀的管路是所述微反应器阵列的管路的一段。

21.如权利要求20所述的微流控芯片，其特征在于：相邻的所述反应池之间设置至少1个装置，所述装置为权利要求1-19中任一所述的气池和/或气管。

22.如权利要求20或21所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片中的气池和/或气管通过权利要求18或19所述的互连管相连通。

23.一种微流控芯片，包括微反应器阵列，所述微反应器阵列包括至少一管路和通过所述管路相连通的一个反应池，其特征在于：所述微流控芯片还包括权利要求1-19中任一所述的气泡微阀；所述气泡微阀的管路是所述微反应器阵列的管路的一段。

24.如权利要求23所述的微流控芯片，其特征在于：所述管路上设置有至少1个装置，所述装置为权利要求1-19中任一所述的气池和/或气管。

25.如权利要求23或24所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片中的气池和/或气管通过权利要求18或19所述的互连管相连通。 

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