CN205042493U - 用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片，所述用于无间断切换微流体的结构，包括：第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层，所述第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层的预聚物与固化剂的比例不同，经加热固化形成一整体。所述具有该结构的微流控芯片，包括：若干个用于无间断切换微流体的结构、玻璃层；所述结构包括第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层；所述第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层、及玻璃底层依次经不可逆键合形成一整体结构。本实用新型提供的用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片，可以通过阀控快速、灵敏实现多种液体的切换与组合，液体切换是基于两种液体之间的液体张力进行的，有效避免微流体通道中气泡的生成。

Description

用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片。

背景技术

在微流控芯片中实现不同液体间的交换及切换，是基于微流控芯片进行药物筛选及生物、化学反应等实验中常需用到的一种实验技术手段。传统常用的液体切换方法主要是在同一液体入口处通过接口的插拔而进行液体的更换，或者设置两个进样口，在停止由第一个液体入口进样后，再由第二个液体入口进样。这样的方法不得不面对进样管在芯片进样口处的来回插拔，或待更换流体的突然注入，在此过程中很容易向液体通道中引入气泡，影响实验结果，且会降低芯片的使用寿命。此外，在涉及到多种流体切换或多次反复流体切换时，应用以上方法的缺点将更为突出。后期也有通过在芯片上集成微阀来进行芯片中的液体切换控制，但基本原理与传统的液体交换方法相同，在流体通道中容易产生气泡仍是此类方法存在的主要缺陷，其中，在涉及到多种流体切换或多次反复流体切换时，应用以上方法的缺点将更为明显。众所周知，在微流控芯片中进行实验时，气泡是影响实验结果的关键问题之一，在涉及到生物实验时尤为突出。因此，如何简易高效避免气泡产生的研究就显得十分重要。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种用于无间断切换微流体的结构及具有该结构的微流控芯片，可以实现液体间灵活快速的交换，且可避免传统液体切换方法中微流体通道易产生气泡的问题。

为实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供一种用于无间断切换微流体的结构，包括：第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层，所述第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层的预聚物与固化剂的比例不同，经加热固化形成一整体。

所述第一PDMS薄膜层上设有第一微阀、第二微阀、及第三微阀；所述第二PDMS薄膜层设有第一流体通道、第二流体通道及第三流体通道；所述第一流体通道与第二流体通道通过第三流体通道相连通；所述第一微阀恰好对准第一流体通道，第二微阀恰好对准第二流体通道，第三微阀恰好对准第三流体通道；所述第一微阀、第二微阀及第三微阀通过第二PDMS薄膜层分别与第一流体通道、第二流体通道、第三流体通道相隔。

所述第一流体通道一端设有第一液体入口，另一端设有第一液体出口；所述第二流体通道一端设有第二液体入口，另一端设有第二液体出口。

所述第一微阀、第二微阀的位置位于第三流体通道的两侧，第一微阀靠近第一液体入口侧，第二微阀靠近第二液体出口侧。

所述第一微阀与第二微阀为联动控制，同时开启或压紧，所述第三微阀为独立控制。

所述第一PDMS薄膜层上的三个微阀尺寸大小相同，高度为50～150μm，横截面为矩形，长宽均为600～1500μm。

所述第一流体通道与第二流体通道的高度均为50～150μm，宽度均为100～400μm；所述第一流体通道与第二流体通道之间的间距为1000～2500μm。

所述第三流体通道高度为50～150μm，长度为1000～2500μm，宽度为100～400μm。

本实用新型还提供一种具有上述用于无间断切换微流体结构的微流控芯片，包括：若干个用于无间断切换微流体的结构、玻璃层；所述用于无间断切换微流体的结构包括第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层；所述第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层、及玻璃底层依次经不可逆键合形成一整体结构；所述用于无间断切换微流体的结构之间通过第一流体通道相连；除了第一个用于无间断切换微流体的结构外，其余的用于无间断切换微流体的结构均未设置第一微阀；所述每个用于无间断切换微流体的结构中，第二流体通道与第三流体通道均位于第一流体通道的同一侧。

所述微流控芯片中用于无间断切换微流体的结构至少为一个。

与现有技术相比本实用新型的有益效果。

本实用新型提供的用于无间断切换微流体的结构，可以通过阀控快速、灵敏实现液体的切换而不需要进行软管插拔等操作；同时，液体切换是基于两种液体之间的液体张力进行的，通过这样的切换方式可有效避免微流体通道中气泡的生成。此外，该结构可以进行大量重复，实现集成化，集成化的微流控芯片，在具有集成后结构的微流控芯片上，可以进行多种液体的切换与组合，从而可以根据需要产生不同配比的液体。

附图说明

图1为本实用新型用于无间断切换微流体结构的总体示意图。

图2为打开第一微阀与第二微阀，关闭第三微阀时的流体走向示意图。

图3为关闭第一微阀与第二微阀，打开第三微阀时流体在第三流体通道处进行切换的示意图。

图4为本实用新型微流控芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本实用新型。

请参阅图1，本实施例提供一种用于无间断切换微流体的结构，包括：第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层，所述第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层的预聚物与固化剂（美国道康宁公司sylgard184）的比例不同（第一PDMS薄膜层质量比为8:1，第二PDMD薄膜层质量比为15:1），经加热固化形成一整体。

所述第一PDMS薄膜层上设有第一微阀1、第二微阀2、及第三微阀3，所述第一微阀1与第二微阀2为联动控制，受同一压力源作用，同时开启或压紧，所述第三微阀3为独立控制。

所述第一微阀1、第二微阀2、及第三微阀3均为气动微阀。

所述第一PDMS薄膜层上的三个微阀尺寸大小相同，横截面均为矩形，高度均为80μm，长、宽均为1000μm。

所述第二PDMS薄膜层设有第一流体通道4、第二流体通道5及第三流体通道6；所述第一流体通道4与第二流体通道5用于通入待切换的不同液体，且通过第三流体通道6相连通；所述第一流体通道4一端设有第一液体入口7，另一端设有第一液体出口8；所述第二流体通道5一端设有第二液体入口9，另一端设有第二液体出口10；所述第三流体通道6为短流体通道；所述第一液体入口7与第二液体入口9位于第三流体通道6的同侧。

所述第一流体通道4与第二流体通道5的高度均为80μm，宽度均为300μm；所述第一流体通道4与第二流体通道5之间的间距为2500μm。

所述第三流体通道6高度为80μm，长度为2500μm，宽度为200μm。

所述第三微阀3通过第二PDMS薄膜层与第三流体通道6相隔，气阀充气时，能够压紧第三流体通道6，阻止流体从中通过；所述第三流体通道6恰好能被第三微阀3关严。

所述第一微阀1、第二微阀2通过第二PDMS薄膜层与第一流体通道4、第二流体通道5相隔；所述第一微阀1恰好对准第二PDMS薄膜上的第一流体通道4，第二微阀2恰好对准第二PDMS薄膜上的第二流体通道5；所述联动的第一微阀1与第二微阀2充气后，能够分别压紧第一流体通道4与第二流体通道5，阻止流体从中通过。

所述第一微阀1、第二微阀2的位置位于第三流体通道6的两侧，第一微阀1靠近第一液体入口7侧，第二微阀2靠近第二液体出口10侧。

请参阅图2，当在第一微阀1与第二微阀2未加压、第三微阀3加压关闭流体第三流体通道6时，两个液体入口分别与各自的液体出口间存在压力差，第一流体通道4与第二流体通道5中的液体受到压力驱动，各自由其液体入口通过流体通道流向液体出口（即由第一液体入口7通过第一流体通道4流向第一液体出口8，由第二液体入口9通过第二流体通道5流向第二液体出口10）。

请参阅图3，为关闭第一微阀1与第二微阀2，打开第三微阀3时流体在第三流体通道6处进行切换的示意图，图3中白色虚线处为两种流体的交界面。当第一微阀1与第二微阀2均加压分别关闭第一流体通道4与第二流体通道5、第三微阀3未加压时，第一流体通道4中的液体受到第一微阀1的切断；第二流体通道5中的液体受到驱动力的作用向前流动，在第三流体通道6处，通过两种液体间液体张力完成切换，流向第一流体通道4。

请参阅图4，本实施例还提供一种具有上述用于无间断切换微流体的结构的微流控芯片，包括：两个用于无间断切换微流体的结构（以下简称为单元一11与单元二12，其中单元二未设置第一微阀）、玻璃层；所述用于无间断切换微流体的结构包括第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层；所述第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层、及玻璃底层依次经不可逆键合形成一整体结构；所述两个用于无间断切换微流体的结构之间通过第一流体通道4相连，第二流体通道5与第三流体通道6分别独立；所述两个用于无间断切换微流体的结构中，第二流体通道5与第三流体通道6均位于第一流体通道4的同一侧。

所述玻璃层位于底层，为普通玻璃、钴玻璃或氧化铟锡玻璃。

在具有该结构的微流控芯片上，当第一流体通道上4的液体入口7与液体出口8间存在压力差时，通过控制第一微阀1的开闭状态，可以控制液体是否向芯片下游的用于无间断切换微流体的结构流动；当第二流体通道5上的液体入口与液体出口间存在压力差时，通过控制第二微阀2的开闭状态，可以控制液体是否向芯片下游的用于无间断切换微流体的结构流动；而配合第三微阀3的开闭，则决定了哪一种液体最终流入芯片下游的用于无间断切换微流体的结构。

第一流体通道4中的液体种类由每个用于无间断切换微流体的结构中的第一微阀1、第二微阀2及第三微阀3的开闭决定。

当单元一11的第一微阀1、第二微阀2和单元二12中的第二微阀2均打开，不作用于微阀各自对应的流体通道，而单元一11与单元二12中的第三微阀3均关闭，则最终流到下游的用于无间断切换微流体的结构的液体为第一流体通道4中注入的液体。

当单元一11中的第一微阀1与第二微阀2均关闭，压紧微阀对应的流体通道，第三微阀3开启；单元二12中的第二微阀2打开，第三微阀3压紧，则最终流到下游的用于无间断切换微流体的结构的液体为单元一11中第二流体通道5中注入的液体。

当单元一11中的第一微阀1与第二微阀2开启，第三微阀3压紧；单元二12中第二微阀2压紧，第三微阀3开启，则最终流到下游的用于无间断切换微流体的结构的液体为单元二12中第二流体通道5中注入的液体。

当单元一11中的第一微阀1与第二微阀2压紧，第三微阀3打开；单元二12中的第二微阀2压紧，第三微阀3打开，则最终流到下游的用于无间断切换微流体的结构的液体为单元一11中第二流体通道5注入的液体与单元二12中第二流体通道5中注入的液体的混合液体。

应用此集成用于无间断切换微流体的结构的微流控芯片，可以实现向下游实验区域快速注入不同种类、无间断、无气泡的各种流体；通过微阀控制即可实现切换，避免了反复插拔接口与软管导致的时间拖延及气泡产生。

Claims (7)

1.用于无间断切换微流体的结构，其特征在于，包括：第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层，所述第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层的预聚物与固化剂的比例不同，经加热固化形成一整体；

所述第一PDMS薄膜层上设有第一微阀（1）、第二微阀（2）、及第三微阀（3）；所述第二PDMS薄膜层设有与第一微阀（1）相对应的第一流体通道（4）、与第二微阀（2）相对应的第二流体通道（5）、及与第三微阀（3）相对应的第三流体通道（6）；所述第一流体通道（4）与第二流体通道（5）通过第三流体通道（6）相连通；所述第一微阀（1）、第二微阀（2）及第三微阀（3）通过第二PDMS薄膜层分别与第一流体通道（4）、第二流体通道（5）、第三流体通道（6）相隔；

所述第一流体通道（4）一端设有第一液体入口（7），另一端设有第一液体出口（8）；所述第二流体通道（5）一端设有第二液体入口（9），另一端设有第二液体出口（10）；

所述第一微阀（1）、第二微阀（2）的位置位于第三流体通道（6）的两侧，第一微阀（1）靠近第一液体入口（7）侧，第二微阀（2）靠近第二液体出口（10）侧。

2.如权利要求1所述的用于无间断切换微流体的结构，其特征在于，所述第一微阀（1）与第二微阀（2）为联动控制，同时开启或压紧，所述第三微阀（3）为独立控制。

3.如权利要求1所述的用于无间断切换微流体的结构，其特征在于，所述第一PDMS薄膜层上的三个微阀尺寸大小相同，高度为50～150μm，横截面为矩形，长宽均为600～1500μm。

4.如权利要求1所述的用于无间断切换微流体的结构，其特征在于，所述第一流体通道（4）与第二流体通道（5）的高度均为50～150μm，宽度均为100～400μm；所述第一流体通道（4）与第二流体通道（5）之间的间距为1000～2500μm。

5.如权利要求1所述的用于无间断切换微流体的结构，其特征在于，所述第三流体通道（6）高度为50～150μm，长度为1000～2500μm，宽度为100～400μm。

6.一种具有用于无间断切换微流体结构的微流控芯片，其特征在于，包括：若干个用于无间断切换微流体的结构、玻璃层；所述用于无间断切换微流体的结构包括第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层；所述第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层、及玻璃底层依次经不可逆键合形成一整体结构；所述用于无间断切换微流体的结构之间通过第一流体通道（4）相连；除了第一个用于无间断切换微流体的结构外，其余的用于无间断切换微流体的结构均未设置第一微阀（1）；所述每个用于无间断切换微流体的结构中，第二流体通道（5）与第三流体通道（6）均位于第一流体通道（4）的同一侧。

7.如权利要求6所述的具有用于无间断切换微流体结构的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片中用于无间断切换微流体的结构至少为一个。