CN208727526U - 离心式微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种离心式微流控芯片，包括流道层，流道层上开设有至少一个流道单元，每一流道单元包括注液池、缓流结构、储液池、若干个反应池流道结构，废液池以及废液池排气孔，注液池与通过缓流结构与储液池连通，储液池包括弧形槽部以及与弧形槽部相连通的若干个锯齿槽部，每一锯齿槽部与每一反应池流道结构相连通，反应池流道结构包括反应池，废液池与储液池上远离缓流结构的一端连通，废液池上连通有废液池排气孔。该离心式微流控芯片采用更加合理的结构设计与布局，在不影响芯片检测功能的情况下，优化芯片结构，提升芯片使用效率及检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及微流控检测行业，特别涉及一种离心式微流控芯片。
背景技术
当前微流控检测市场竞争非常激烈，对于微流控领域，产品的功能实现是最基本的要求，微流控芯片的结构设计以及加工工艺对功能实现的影响是目前微流控领域区别于现有传统检测手段的优势所在。
在离心式CD圆盘状微流控芯片中,微通道沿着圆盘的径向分布,这与离心力的作用方向(径向向外)一致。流体被预先装在靠近圆盘中心的储液池中,当圆盘由马达带动旋转时,流体就在离心力的作用下沿着微通道网络向远离圆心转向边缘的方向运动。与普通的微流控芯片不同，离心式芯片在结构上具有以下典型特点：首先，芯片多为圆形结构，芯片可集成十数个以圆盘为中心向外围呈辐射分布的重复性结构单元。通常在每组结构单元的外围会设计相应的气体通道和液体通道，以确保芯片在旋转时各通道内气压的平衡和多余液体的排出；其次，每个结构单元由于应用体系要求不同在构型设计上也有差异，但它们有一个共同的特点那就是通过流道的内径突变和流道走向来实现微阀的作用。此类微阀的设计主要从芯片通道构型和通道内表面性质的变化两方面入手；再次，储液槽和通道的形状不同，对整个芯片的性能有很大的影响。
在离心式微流控芯片设计方面，主要是利用离心力将注液池内液体均匀离心至指定位置后，再次离心至最终反应位置，这种通液方案对芯片结构设计、加工以及芯片的操作使用提升了很大难度。
首先，液体位置控制对多次离心参数需要极高的要求，防止多级结构芯片在多次离心的情况下出现液体转移不到位或者提前到达下一阶段区域，使得相同阶段内各组通道中的液体储量、流动和反应不同步，导致最终检测结果的不准确。
其次，针对不同阶段离心液体流阻的设计大多通过改变流道宽度实现，而流道宽度过小会使流道的加工难度急剧增加，加工精度要求提高，芯片的制造成本随之升高，不利于微流控芯片向产业化发展。
实用新型内容
鉴于以上所述，本实用新型提供一种离心式微流控芯片，该离心式微流控芯片采用更加合理的结构设计与布局，在不影响芯片检测功能的情况下，优化芯片结构，提升芯片使用效率及检测精度。
本实用新型涉及的技术解决方案：
一种离心式微流控芯片，包括流道层，流道层上开设有至少一个流道单元，每一流道单元包括注液池、缓流结构、储液池、若干个反应池流道结构，废液池以及废液池排气孔，注液池与通过缓流结构与储液池连通，储液池包括弧形槽部以及与弧形槽部相连通的若干个锯齿槽部，每一锯齿槽部与每一反应池流道结构相连通，反应池流道结构包括反应池，废液池与储液池上远离缓流结构的一端连通，废液池上连通有废液池排气孔。
进一步地，还包括盖板层，盖板层上开设有与每一注液池注液位置对应的注液孔，以及与每一废液池排气孔相导通的废液池出气孔，盖板层通过激光键合于流道层上设有流道单元的一面。
进一步地，流道单元设为三个，反应池流道结构设为八个。
进一步地，每一流道单元环绕流道层中心呈环形阵列分布。
进一步地，废液池与废液池排气孔之间连通有保护池。
进一步地，反应池流道结构还包括液阻流道、缓流池、排气通道、阻液池以及反应池排气孔，储液池的每一锯齿槽部依次通过液阻流道和缓流池与反应池相连通，反应池通过排气通道依次与阻液池以及反应池排气孔相连通。
进一步地，盖板层上开设有与反应池排气孔相连通的反应池出气孔。
进一步地，液阻流道为Z型弯曲结构。
进一步地，缓流结构为S型弯曲流道结构。
进一步地，流道层及盖板层均采用PMMA材料或透明塑料制成，盖板层的厚度为0.4至0.6mm，流道层的厚度为0.9至1.1mm。
综上，将每一流道单元的注液池和储液池错位布置，形成芯片旋转方向与液体整体流动方向相反的液体转移方式，减小液体进入废液池时飞溅，增加液体流动稳定性和指向性，防止芯片外部污染；废液池排气孔布置在废液池的径向向内的一侧，在离心步骤结束后，气体经由废液池排气孔排出，多余液体进入废液池后流向尾部，在离心力作用下，不会从废液池排气孔溢出，有效避免污染其他反应组及芯片配套设备；通过设置反应池流道结构有利于将储液池内的液体全部精准离心至反应池，并将反应池流道结构内的气体排出，提高后续反应及检测的准确性。
附图说明
图1为本实用新型离心式微流控芯片较佳实施例的整体结构图；
图2为本实用新型离心式微流控芯片较佳实施例的分解结构图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型保护范围。
请参阅图1及图2，本实用新型提供一种离心式微流控芯片，包括流道层1及盖板层2，流道层1及盖板层2均为外形大小一致的圆盘片状结构，流道层1及盖板层2的中心位置开设有通孔21，流道层1上开设有至少一个流道单元11，每一流道单元11包括注液池111、缓流结构112、储液池113、若干个反应池流道结构114，废液池115以及废液池排气孔116，注液池111与通过缓流结构112与储液池113连通，储液池113呈弧形锯齿状，储液池113包括弧形槽部以及与弧形槽部相连通的若干个锯齿槽部，每一锯齿槽部与每一反应池流道结构114相连通，反应池流道结构114包括反应池1141，反应池流道结构114用于将储液池113内的液体全部精准离心至反应池1141，并将反应池流道结构114内的气体排出，废液池115与储液池113上远离缓流结构112的一端连通，废液池115上连通有废液池排气孔116；盖板层2上开设有与每一注液池111注液位置对应的注液孔22，以及与每一废液池排气孔116相导通的废液池出气孔23；盖板层2通过激光键合于流道层1上设有流道单元11的一面。
将每一流道单元11的注液池111和储液池113错位布置，形成芯片旋转方向与液体整体流动方向相反的液体转移方式，减小液体进入废液池115时飞溅，增加液体流动稳定性和指向性，防止芯片外部污染；废液池排气孔116布置在废液池115的径向向内的一侧，在离心步骤结束后，气体经由废液池排气孔116排出，多余液体进入废液池115后流向尾部，在离心力作用下，不会从废液池排气孔116溢出，有效避免污染其他反应组及芯片配套设备；通过设置反应池流道结构114有利于将储液池113内的液体全部精准离心至反应池1141，并将反应池流道结构114内的气体排出，提高后续反应及检测的准确性。
较佳地，流道单元11设为三个，反应池流道结构114设为八个。
进一步地，每一流道单元11环绕流道层1中心呈环形阵列分布。
废液池115与废液池排气孔116之间连通有保护池117，以供排气时带出的小量液体留置于保护池117内。
反应池流道结构114还包括液阻流道1142、缓流池1143、排气通道1144、阻液池1145以及反应池排气孔1146，储液池113的每一锯齿槽部依次通过液阻流道1142和缓流池1143与反应池1141相连通，反应池1141通过排气通道1144依次与阻液池1145以及反应池排气孔1146相连通。
盖板层2上开设有与反应池排气孔1146相连通的反应池出气孔24。
液阻流道1142为Z型弯曲结构，以提供更好的阻流效果，适应简便的加工需求。
液阻流道1142在提供更好的阻液能力的同时，降低了设计与制造要求，节约流道占用空间，更有利于后续键合工艺获得更好的键合效果。缓流池1143的设计使得芯片流道内待测物在进入反应池1141之前进行整流，保证待测液体均匀充满反应池1141进行反应及检测，获得准确数据。阻液池1145以及反应池排气孔1146逆向布置，有效防止多余检测液飞溅出芯片，污染其他组别及设备。
缓流结构112为S型弯曲流道结构，以防止检测液注入时检测液直接流入储液池113，一定程度上减缓检测液流速，引导检测液向离心力与惯性耦合方向合理运动，避免检测物在储液池113中分布不均匀。
流道层1及盖板层2均可采用PMMA材料或透明塑料，如PC等。盖板层2的厚度为0.4至0.6mm，流道层1的厚度为0.9至1.1mm。
储液池113的深度为0.4至0.6mm，液阻流道1142和排气通道1144的深度均为0.05至0.15mm。
在本实施例中，通孔21为三角形，但并不局限于此，还可采用方形或多边形等形状。
使用移液枪将液体注满注液池111，利用在注液池111与储液池113之间设计的缓流结构112，将待检测液体均匀充分地布满所有储液池113，在液阻流道1142径向内侧端停留，待所有储液池113全部注液完成后，进行离心步骤。在特定转速下，通过相当的离心力，保证储液池113内的液体途径液阻流道1142和缓流池1143，全部精准离心至反应池1141，对于注入的过量液体，会进入废液池115。在液体充满反应池1141的同时，通道内气体被液体通过排气通道1144和反应池排气孔1146挤出，带出的少量液体会在阻液池1145停留。在第一次离心步骤进行过程中，当液体注满储液池113后，过量液体通过储液池113尾端的流道排出至废液池115，原有气体被液体挤出流道，通过废液池排气孔116排出，带出的少量液体会在保护池117停留。
综上，本实用新型离心式微流控芯片采用更加合理的结构设计与布局，在不影响芯片检测功能的情况下，优化芯片结构，降低检测过程中各离心步骤参数要求，同时降低芯片加工难度与制备成本，提升芯片使用效率及检测精度。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种离心式微流控芯片，包括流道层(1)，其特征在于，流道层(1)上开设有至少一个流道单元(11)，每一流道单元(11)包括注液池(111)、缓流结构(112)、储液池(113)、若干个反应池流道结构(114)，废液池(115)以及废液池排气孔(116)，注液池(111)与通过缓流结构(112)与储液池(113)连通，储液池(113)包括弧形槽部以及与弧形槽部相连通的若干个锯齿槽部，每一锯齿槽部与每一反应池流道结构(114)相连通，反应池流道结构(114)包括反应池(1141)，废液池(115)与储液池(113)上远离缓流结构(112)的一端连通，废液池(115)上连通有废液池排气孔(116)。
2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，还包括盖板层(2)，盖板层(2)上开设有与每一注液池(111)注液位置对应的注液孔(22)，以及与每一废液池排气孔(116)相导通的废液池出气孔(23)，盖板层(2)通过激光键合于流道层(1)上设有流道单元(11)的一面。
3.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，流道单元(11)设为三个，反应池流道结构(114)设为八个。
4.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，每一流道单元(11)环绕流道层(1)中心呈环形阵列分布。
5.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，废液池(115)与废液池排气孔(116)之间连通有保护池(117)。
6.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，反应池流道结构(114)还包括液阻流道(1142)、缓流池(1143)、排气通道(1144)、阻液池(1145)以及反应池排气孔(1146)，储液池(113)的每一锯齿槽部依次通过液阻流道(1142)和缓流池(1143)与反应池(1141)相连通，反应池(1141)通过排气通道(1144)依次与阻液池(1145)以及反应池排气孔(1146)相连通。
7.根据权利要求6所述的离心式微流控芯片，其特征在于，盖板层(2)上开设有与反应池排气孔(1146)相连通的反应池出气孔(24)。
8.根据权利要求6所述的离心式微流控芯片，其特征在于，液阻流道(1142)为Z型弯曲结构。
9.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，缓流结构(112)为S型弯曲流道结构。
10.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，流道层(1)及盖板层(2)均采用PMMA材料或透明塑料制成，盖板层(2)的厚度为0.4至0.6mm，流道层(1)的厚度为0.9至1.1mm。
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