CN217614807U - 一种微流控分选芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微流控分选芯片，微流控分选芯片包括基板和上盖板，上盖板的底部设置有线槽，与基板配合形成管道；管道包括集流区和分选区，上盖板开设有进液口、第一出液口和第二出液口；管道上靠近集流区的一端端口与进液口相接，管道的另一端分叉形成第一子管道和第二子管道，第一子管道的端口与第一出液口相接，第二子管道的端口与第二出液口相接；基板上设置有金属电极，分选区铺设在金属电极上。所述微流控分选芯片通过集流区将微粒聚集后，再通过分选区进行介电泳分离，简化芯片的结构，减少了微粒的标记操作，操作简单，避免损坏微粒，通过改变电场大小可以分选不同微粒，具有很好的兼容性。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及微流控技术领域，具体涉及一种微流控分选芯片。
背景技术
微流控是使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室和微全分析系统。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作，广泛应用于医学、化学、环境检测、食品安全等领域。
目前的微粒控分选芯片一般通过鞘流技术进行样品集中，即使用毛细管向管道内喷射样品形成鞘流，使得母液集中在管道中心位置流动，但是这种方式下芯片结构复杂，不便于制作，而目前的分选技术大多需要对样品中的微粒进行标记，如免疫磁珠磁分选技术，分选操作复杂，而且在标记过程中容易对微粒造成损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种微流控分选芯片，所述微流控分选芯片包括管道，所述管道设置有集流区和分选区，母液通过集流区将微粒聚集后，再通过分选区进行介电泳分离，简化芯片的结构，减少了微粒的标记操作，操作简单，避免损坏微粒，通过改变电场大小可以分选不同微粒，具有很好的兼容性。
本实用新型提供了一种微流控分选芯片，所述微流控分选芯片包括基板和上盖板，所述上盖板覆盖在所述基板上，所述上盖板的底部设置有线槽，与所述基板配合形成管道；
所述管道包括集流区和分选区，所述上盖板开设有进液口、第一出液口和第二出液口；
所述管道上靠近所述集流区的一端端口与所述进液口相接，所述管道的另一端分叉形成第一子管道和第二子管道，所述第一子管道的端口与所述第一出液口相接，所述第二子管道的端口与所述第二出液口相接；
所述基板上设置有金属电极，所述分选区铺设在所述金属电极上。
进一步的，所述集流区内设置有若干个V型阻挡块，所述若干个V型阻挡块交替固定在所述集流区的顶部和底部。
进一步的，所述若干个V型阻挡块中任意一个阻挡块的V型开口朝向所述分选区。
进一步的，所述若干个V型阻挡块中任意一个阻挡块的高度为h，所述管道内径为H，所述H和h之间的约束关系为：H＝2h。
进一步的，所述金属电极包括第一子电极和第二子电极，所述第一子电极为正电极，所述第二子电极为负电极；
或所述第一子电极为负电极，所述第二子电极为正电极。
进一步的，所述分选区内设置有若干个梯形电极，所述若干个梯形电极均匀排列在所述分选区内。
进一步的，所述若干个梯形电极中任意两个相邻的梯形电极电性相反。
进一步的，所述若干个梯形电极与所述第一子电极和所述第二子电极对应电性连接。
进一步的，所述基板的材质为玻璃，或所述基板的材质为有机玻璃，所述上盖板的材质为聚二甲基硅氧烷，或所述上盖板的材质为塑料材质。
本实用新型提供了一种微流控分选芯片，所述微流控分选芯片包括管道，所述管道设置有集流区和分选区，在所述集流区通过流体力学原理将母液中的微粒聚集在管道中部，简化了微流控芯片的结构，在分选区设置电场，通过微粒介电泳分离，通过改变电场大小可以分选不同微粒，操作简单便捷，无需对微粒进行标记，避免损坏微粒，具有很好的兼容性和实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型实施例中微流控分选芯片结构示意图；
图2是本实用新型实施例中基板结构示意图；
图3是本实用新型实施例中集流区结构俯视示意图；
图4是本实用新型实施例中集流区剖面结构示意图；
图5是本实用新型实施例中分选区结构示意图。
具体实施方式
下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了本实用新型实施例中微流控分选芯片结构示意图，图2示出了本实用新型实施例中基板结构示意图，所述微流控分选芯片包括基板1 和上盖板2，所述基板1上设置有金属电极11，所述金属电极11包括第一子电极111和第二子电极112，所述第一子电极111和所述第二子电极112 的电性相反，所述第一子电极111为正电极，所述第二子电极112为负电极，所述第一子电极111和所述第二子电极112之间可以形成电场。
进一步的，所述第一子电极111可以为负电极，所述第二子电极112 可以为正电极。
进一步的，所述基板1可以为玻璃基板，所述基板1也可以为有机玻璃基板，用以承载所述微流控芯片的其它部件。
具体的，所述上盖板2覆盖在所述基板1上，所述上盖板2的底部上设置有线槽，所述线槽与所述基板1配合形成管道3。所述管道3上设置有集流区31和分选区32，所述分选区32铺设在所述金属电极11上。所述上盖板2的一端开设有进液口35，所述上盖板2的另一端开设有第一出液口 36和第二出液口37。所述管道3上靠近集流区31的一端端口与所述进液口35对应相接，所述管道3的另一端分叉形成第一子管道333和第二子管道343，所述第一子管道333的管口与所述第一出液口36对应相接，所述第二子管道343的管口与所述第二出液口37对应相接。使用所述微流控分选芯片时，母液从所述进液口35进入到所述管道3内，先后经过所述集流区31和所述分选区32，从所述第一出液口36和所述第二出液口37流出。
进一步的，所述上盖板2为PDMS材质，即聚二甲基硅氧烷材质。所述聚二甲基硅氧烷材质具有疏水性、生理惰性、电绝缘性以及良好的化学稳定性等特点，能够有效保护所述微流控分选芯片，保证芯片的使用寿命和分选效果。
进一步的，所述上盖板2可以为塑料材质，避免干扰所述微流控芯片的分选工作。
具体的，图3示出了本实用新型实施例中集流区结构俯视示意图，图4 示出了本实用新型实施例中集流区剖面结构示意图，所述集流区31上设置有若干个V型阻挡块311，所述若干个V型阻挡块311交替固定在所述管道3的顶部和底部，所述若干个V型阻挡块311中任意一个V型阻挡块311 的V形开口方向朝向所述分选区32的方向，所述若干个V型阻挡块311 中任意一个V型阻挡块311的高度为h，所述管道3的内径为H，所述h 和H之间的约束关系为：H＝2h。
具体的，所述V型阻挡块311的顶部和底部区域的流体阻力大于所述 V型阻挡块311侧面的流体阻力，使得母液流经所述V型阻挡块311时，在所述V型阻挡块311的各向异性阻力的作用下形成横向聚焦流，母液通过固定在所述管道3底部的V型阻挡块311时，在所述V型阻挡块311的作用下按照偏离、向上流动、聚焦、向下流动的顺序循环流动，当所述母液通过固定在所述管道3顶部的V型阻挡块311时，在所述V型阻挡块311 的作用下按照偏离、向下流动、聚焦、向上流动的顺序循环流动，即所述母液通过所述集流区31时，在所述若干个V型阻挡块311的作用下产生双螺旋流，从而达到聚焦的效果。
进一步的，所述母液中的微粒在所述横向聚焦流的作用下聚集在所述管道3的中心位置，所述微粒在所述母液中的速度矢量形成在汇聚方向上，或所述微粒的速度矢量形成于管道3的垂直方向上，使得所述微粒能够聚集并保持在所述管道3的中心位置上移动。
进一步的，通过设置所述集流区31，使所述母液在所述V型阻挡块311 的作用下，将母液内分散的微粒聚集在管道3的中心位置，便于进行分选操作，提高分选的效率，同时保证分选结果的准确。
进一步的，所述管道3在所述集流区31处的管道直径减少，所述母液通过所述管道3流向所述集流区31时，由于管道直径减少，形成聚焦流，便于所述母液在所述集流区31内聚集在所述管道3中心位置。
具体的，图5示出了本实用新型实施例中分选区结构示意图所述分选区32设置在所述第一子电极111和所述第二子电极112的交界处。所述分选区32内设置有若干个梯形电极321，所述若干个梯形电极321排列在所述分选区32内，任意两个相邻的梯形电极321的电性相反，所述若干个梯形电极321与所述第一子电极111和所述第二子电极112对应电性连接。
具体的，所述第一子电极111和所述第二子电极112连接电源，所述若干个梯形电极321之间产生不匀称电场，可以在所述管道3内沿母液流动方向的垂直方向产生电场强度。所述母液中的微粒能够在所述分选区32内进行介电泳分离，即母液中的微粒在不匀称的电场中由于介电极化的作用产生平移运动，所述母液中的不同微粒具有不同的介电性能，在所述分选区32中的平移运动不同，从而实现微粒的分选效果。
具体的，所述母液中的微粒在分选区32进行介电泳分离，所述介电泳的计算模型为：
其中，F(t)为介电泳力，Erms为电场的均方根值，Ex0、Ey0、Ez0为矢量值，
为相位，K(ω)为克劳修斯-莫索提因子、
为电场平方的梯度，r为粒子半径。
进一步的，所述K(ω)>0时，产生正介电泳力，母液中的微粒根据自身粒子介电性能受所述正介电泳力的引导，向靠近电极的方向移动，所述 K(ω)<0时，产生负介电泳力，母液中的微粒根据自身粒子介电性能受所述负介电泳力的引导，向远离电极的方向移动。
具体的，根据所述母液中不同微粒的介电性质不同可以进行介电泳分离，如酵母菌细胞和聚苯乙烯微粒在电压为10V的条件下，能够进行介电泳响应。酵母菌细胞在频率为1KHz-50KHz时受负介电泳力引导，在频率为50KHz到5MHz时受到正介电泳力引导。聚苯乙烯微粒在频率为1KHz 到5MHz时，受到负介电泳力的引导。因此，在电压为10V，频率为5MHz 的条件下，酵母菌细胞受到正介电泳力的引导，向上偏移移动，离开所述分选区32后进入到所述第一子管道333，聚苯乙烯微粒受到负介电泳力的引导，向下偏移移动，离开所述分选区32后进入到所述第二子管道343中。
进一步的，所述母液中的不同微粒在所述分选区32内可以受到相同方向的介电泳力引导，向相同方向进行移动。但根据不同微粒的大小不同，以及不同微粒的介电常数等介电特性的不同，不同微粒受到的介电泳力大小不同，因此不同微粒在相同的介电泳力的引导下，发生的偏移运动的距离不同，根据不同微粒的偏移距离设定所述第一子管道333和所述第二子管道343的分叉位置，可以实现微粒的分选效果。
进一步的，所述微流控分选芯片通过介电泳分离微粒，可以根据所述母液中微粒的介电特性不同，改变所述分选区的电场大小，从而适用于不同微粒的分选，无需对微粒进行标记识别，避免对微粒造成损坏，具有很好的兼容性。
具体的，使用所述微流控分选芯片时，将所述母液从所述进液口35输入所述管道3中，所述母液依次经过管道3上的集流区31和分选区32，在所述集流区31上通过所述若干个V型阻挡块311，并基于所述V型阻挡块 311的阻力作用聚集在所述管道3的中心位置，然后进入所述分选区32，在所述分选区32的若干个梯形电极321产生的不匀称电场中进行介电泳分离，经过所述介电泳分离后，所述母液中的一种微粒进入到所述第一子管道333，通过所述第一出液口36进行输出和收集，所述母液中的另一种微粒可以进入到所述第二子管道343，通过所述第二出液口37进行输出和收集，从而实现分选效果。
本实用新型实施例提供了一种微流控分选芯片，所述微流控分选芯片包括管道3，所述管道3设置有集流区31和分选区32，在所述集流区31 通过流体力学原理将母液中的微粒聚集在管道3中部，在分选区32设置电场，通过微粒介电泳分离，母液依次通过所述集流区31和所述分选区32，完成分选操作，装置结构简单，通过改变电场可以进行不同微粒的分选操作，无需进行微粒的标记，具有很好的兼容性和实用性。
另外，以上对本实用新型实施例所提供的进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种微流控分选芯片，其特征在于，所述微流控分选芯片包括基板和上盖板，所述上盖板覆盖在所述基板上，所述上盖板的底部设置有线槽，与所述基板配合形成管道；
所述管道包括集流区和分选区，所述上盖板开设有进液口、第一出液口和第二出液口；
所述管道上靠近所述集流区的一端端口与所述进液口相接，所述管道的另一端分叉形成第一子管道和第二子管道，所述第一子管道的端口与所述第一出液口相接，所述第二子管道的端口与所述第二出液口相接；
所述基板上设置有金属电极，所述分选区铺设在所述金属电极上。
2.如权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述集流区内设置有若干个V型阻挡块，所述若干个V型阻挡块交替固定在所述集流区的顶部和底部。
3.如权利要求2所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述若干个V型阻挡块中任意一个阻挡块的V型开口朝向所述分选区。
4.如权利要求2所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述若干个V型阻挡块中任意一个阻挡块的高度为h，所述管道内径为H，所述H和h之间的约束关系为：H＝2h。
5.如权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述金属电极包括第一子电极和第二子电极，所述第一子电极为正电极，所述第二子电极为负电极；
或所述第一子电极为负电极，所述第二子电极为正电极。
6.如权利要求5所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述分选区内设置有若干个梯形电极，所述若干个梯形电极均匀排列在所述分选区内。
7.如权利要求6所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述若干个梯形电极中任意两个相邻的梯形电极电性相反。
8.如权利要求6所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述若干个梯形电极与所述第一子电极和所述第二子电极对应电性连接。
9.如权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述基板的材质为玻璃，或所述基板的材质为有机玻璃。
10.如权利要求1所述的微流控分选芯片，其特征在于，所述上盖板的材质为聚二甲基硅氧烷，或所述上盖板的材质为塑料材质。
Priority Applications (1)
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| CN202220306500.8U CN217614807U (zh) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 一种微流控分选芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN217614807U true CN217614807U (zh) | 2022-10-21 |
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Family Applications (1)
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| CN202220306500.8U Active CN217614807U (zh) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 一种微流控分选芯片 |
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