CN217614814U - 微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微流控芯片，其优点在于在基板的微通道交汇处开设通孔，在通孔上面粘结用于连接出料毛细管、进料毛细管或毛细管凝胶电极的连通接头；在Y型微通道出口封堵情况下，从第一、第二接口处加入负、正性电渗整体柱制备液，动态流动中紫外光照射下在泵区微管道内聚合生成负、正性电渗整体柱，使本微流控芯片做电渗泵使用；在封堵第一、第二接口的情况下，从连通接头处加入色谱分离整体柱制备液，在紫外光照射下暴露的分离区微管道中聚合生成色谱分离整体柱，使本微流控芯片做色谱分离芯片使用；或两项结合，使本微流控芯片可做整体柱电渗泵‑色谱分离联用芯片使用；从而使本微流控芯片具备了多重功能，能够进行大范围的商业化应用。

Description

微流控芯片

技术领域

本实用新型属于微全分析系统技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控芯片是当前微全分析系统发展的热点领域。微流控芯片分析以芯片为操作平台，以分析化学为基础，以微机电加工技术为依托，以微管道网络为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象，是当前微全分析系统领域发展的重点。目标是把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微流控芯片上，且可以多次使用。由于应用功能不同，微流控芯片的样式会发生变化。

其中，电渗泵根据电渗驱动的原理驱动流体运动，具有可连续输液、无脉动、无可移动部件、无机械磨损和材料的疲劳，以及避免了单向阀和动态密封的微渗漏等特点，是目前较为成功的一种微流体驱动和控制技术，在微流控芯片上有着广泛的应用前景。而色谱分离整体柱，用于将经过的试验样品进行分离，以使色谱仪分析获取试验样品的色谱图，在检测领域具有很好的市场前景。

然而，市场上未能发现可将整体柱电渗泵和/或色谱分离整体柱集成的微流控芯片，亟待开发。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微流控芯片，能够将整体柱电渗泵和/或色谱分离整体柱集成在其微通道上。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种微流控芯片，包括永久键合的基板与盖板，以及基板与盖板之间的Y型微通道，第一接口和第二接口开设在基板上，第一接口与微通道交汇处之间和第二接口与微通道交汇处之间为泵区微管道；微通道交汇处与分离微管道出口之间为分离区微管道；所述基板在微通道交汇处设有沿基板厚度方向延伸的通孔，通孔上面粘接有用于连接进料毛细管、出料毛细管或毛细管凝胶电极的连通接头。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过在基板的微通道交汇处设置垂直于微通道的通孔，在通孔上面粘接有连通接头，该连通接头可用于连接进料毛细管以作为进料口、连接出料毛细管以作为出料口或连接毛细管凝胶电极以作为电场去耦合器；在分离微管道出口封堵情况下，可从第一接口和第二接口处加入负、正性电渗整体柱制备液，动态流动中紫外光照射下在泵区微管道内聚合生成泵负、正电渗性整体柱，使本微流控芯片作电渗泵芯片使用；在封堵第一、第二接口的情况下，从连通接头处加入色谱分离整体柱制备液到分离区微管道中，在紫外光照射下在暴露的分离区微管道段中聚合生成色谱分离整体柱，使本微流控芯片作色谱分离芯片使用；或者在泵区微管道聚合生成负、正性电渗整体柱后，在分离区微管道聚合生成色谱分离整体柱，连通接头连接毛细管凝胶电极以作为电场去耦合器，使本微流控芯片作整体柱电渗泵-色谱分离联用芯片使用；从而使本微流控芯片具备了多重功能，能够进行大范围的商业化应用。

作为优选，所述基板顶面粘贴有遮盖分离区微管道和微通道交汇处的遮光纸。用于遮盖分离区微管道和微通道交汇处，避免负、正性电渗整体柱制备液在微通道交汇处发生聚合，造成通孔堵塞。

作为改进，所述遮光纸上开设有暴露一段分离区微管道的曝光区。加入色谱分离整体柱制备液过程中，充满曝光区内的该段分离区微管道时封堵住分离微管道出口，在紫外光照射下该段分离区微管道上聚合生成色谱分离整体柱。

作为优选，所述盖板底面粘接有分别设在第一接口和第二接口下方的抗压金属片。用于加强盖板上抗机械压力最低的第一接口与第二接口的抗压性，对本微流控芯片的抗压薄弱处进行补强，可提高本微流控芯片的最高抗压到10MPa，使负、正性电渗整体柱和色谱分离整体柱的冲洗压能够提高，提升负、正性电渗整体柱和色谱分离整体柱的工作性能，也即提高负、正性电渗整体柱的电渗背压，加速检测样品的色谱分离速度。

作为优选，所述盖板底面微通道交汇处的下方也粘接有抗压金属片。以提高本微流控芯片的抗压性能。

作为优选，所述微管道的出口设在基板和盖板的侧壁上。以提高本微流控芯片的抗压性能。

附图说明

图1为本实用新型的俯视立体图（未显示Y型微通道，出口处连接毛细管及二通接头和堵头）。

图2为本实用新型的俯视立体图（显示Y型微通道，第一接口、第二接口连接负、正性电渗整体柱制备液的进样管）。

图3为图2的A区域放大图。

图4为本实用新型的仰视立体图（未显示Y型微通道，出口处连接毛细管及二通接头和堵头，第一接口、第二接口连接负、正性电渗整体柱制备液的进样管）。

图5为本实用新型的仰视立体图（显示Y型微通道，省去连通接头，出口处连接毛细管及二通接头和堵头，第一接口、第二接口连接负、正性电渗整体柱制备液的进样管）。

图中所示：1、基板，1-1、第一接口，1-2、第二接口，1-3、泵区微管道，1-4、分离区微管道，1-5、分离微管道出口，1-6、通孔，2、盖板，3、连通接头，4、毛细管，5、二通接头，6、堵头，7、遮光纸，7-1、曝光区，8、抗压金属片，9、进样管。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实施例如图1至5所示为一种微流控芯片，包括永久键合的基板1和盖板2，基板1和盖板2之间设有截面为椭圆形的Y型微通道，第一接口1-1和第二接口1-2开设在基板1上，第一接口1-1和第二接口1-2与微通道交汇处之间为泵区微管道1-3，两条泵区微管道1-3对称设置或总体积一致；微通道交汇处与分离微管道出口1-5之间为分离区微管道1-4；基板1在微通道交汇处设有沿基板1厚度方向延伸的通孔1-6（也称竖孔，垂直于Y型微通道），通孔1-6上面粘接有用于连接进料毛细管以作为进料口、连接出料毛细管以作为出料口或连接毛细管凝胶电极以作为电场去耦合器的连通接头3。

作为优选，基板1顶面粘贴有遮盖分离区微管道1-4和微通道交汇处的遮光纸7。作为最优，遮光纸7上开设有暴露一段分离区微管道1-4的曝光区7-1（即该区域没有遮光纸7或可透过紫外光）。遮光纸7可以直接采用黑色遮光胶带，能够防止紫外光透过。

作为优选，盖板2底面粘接有分别设在第一接口1-1、第二接口1-2和微通道交汇处下方的抗压金属片8，本微流控芯片的最高耐压可提升到10MPa。由于，第一接口1-1和第二接口1-2的孔径为1.6mm，冲洗时盖板2在此处单独承压，受压面积最大，最容易破碎，未粘接抗压金属片8时，第一接口1-1和第二接口1-2下方盖板2的最高受压在6MPa左右；其次是微通道交汇处下方，也即通孔1-6的下方，冲洗时盖板2在此处也是单独承压，但通孔1-6的面积较第一接口1-1和第二接口1-2的要小，最高受压要稍高些，在8MPa左右。

作为优选，分离微管道出口1-5设在基板1和盖板2的侧壁键合处，分离微管道出口1-5的孔径为0.37mm，分离微管道出口1-5为横孔，对整体厚度为3.4 mm ~3.8mm的本微流控芯片的耐压能力影响有限。

在本微流控芯片中，基板1和盖板2选用厚度为1.7mm~1.9mm的光学玻璃。在本微流控芯片的制造过程中，先在基板1及盖板2的铬版玻璃基片上进行常规的光刻和蚀刻，使基板1和盖板2永久键合后能够形成截面为椭圆形的Y型微通道，Y型微通道的深度为50µm，也即基板1和盖板2上半幅的Y型微通道的深度各为25µm；泵区微管道1-3蜿蜒设置，单条长度为12cm左右，泵区微管道1-3的宽度为120~130μm，分离区微管道1-4也是蜿蜒设置，长度也为12cm左右，分离区微管道1-4的宽度为200~210μm。接着进行基板1上的第一接口1-1和第二接口1-2、通孔1-6的打孔操作：基板1粘合在玻璃垫片上面后，先进行第一接口1-1和第二接口1-2的打磨，第一接口1-1和第二接口1-2的孔径打磨后为1.6mm，更换钻头后，通孔1-6从基板1顶面先打外侧孔，外侧孔打孔深度大约为1mm，打磨后外侧孔孔径为0.37mm，基板1与玻璃垫片水浴分离后，基板1翻转后再次粘合到玻璃垫片上，从基板1的微通道交汇处打通孔1-6的内侧孔直至打通外侧孔，内侧孔打孔深度小于1mm，通孔1-6的内侧孔孔径为0.12mm~0.15mm。将基板1和盖板2用502胶水粘合（设微通道的一面相贴）后，进行分离微管道出口1-5的横向打孔操作，分离微管道出口1-5的孔径为0.35mm，基板1与盖板2在水浴分离，对基板1和盖板2进行清洗并在浓硫酸中表面处理后封合，在高温炉中400~600℃下进行封接（也称永久键合），永久键合后分离微管道出口1-5进行打磨，打磨后孔径为0.37mm，获得芯片本体。在芯片本体上粘接连通接头3（采用IDEX Health & Science LLC的UpchurchScientific接头）时，通孔1-6的外侧孔中插入了毛细管以便于定位，并能避免UpchurchScientific接头的粘接材料熔化后将通孔1-6的内侧孔堵塞。

再在芯片本体的分离微管道出口1-5处连接毛细管4（毛细管外刷少量环氧胶），然后在毛细管4自由端连接二通接头5和堵头6。在芯片本体的基板1顶面粘贴遮光纸7，在芯片本体的盖板2底面胶连抗压金属片8（采用环氧胶或紫外固化胶），在芯片本体的基板1的第一接口1-1和第二接口1-2处连接进样管9（在PFA特氟龙管外刷环氧胶）。其中，遮光纸7和抗压金属片8可作为附加配件，在后期使用时进行操作，抗压金属片8可根据抗压要求调整大小。

需要说明的是，在本微流控芯片上进行负、正性电渗整体柱聚合过程中，第一接口1-1作为负性电渗整体柱制备液的进料口，第二接口1-2作为正性电渗整体柱制备液的进料口，分离微管道出口1-5封堵情况下，连通接头3中安装出料毛细管作出口使用；在引入色谱分离整体柱制备液时，连通接头3中安装进料毛细管作色谱分离整体柱制备液的进料口使用；在冲洗色谱分离整体柱时，连通接头3中安装进料毛细管以连通装载有冲洗液的液相泵及分流毛细管，从分离微管道出口1-5排出色谱分离整体柱的制备液残留；在冲洗负、正性电渗整体柱时，第一接口1-1与第二接口1-2汇通后与装有冲洗液的液相泵连接，且汇通支路上均连接有分流毛细管，在分离微管道出口1-5封堵情况下，连通接头3中安装出料毛细管，在分流毛细管的分流泄压下，液相泵推动冲洗液使负、正性电渗整体柱的制备液残留从连通接头3中排出；在添加检测样品时，连通接头3安装进料毛细管与注射泵连通，做检测样品和流动相的进料口使用；在色谱分离检测时，连通接头3中安装毛细管凝胶电极，并使第一接口1-1与毛细管凝胶电极之间连接正高压电源，第二接口1-2与毛细管凝胶电极之间连接负高压电源，连通接头3与毛细管凝胶电极构成电场去耦合器，使电渗流汇合时消除部分电渗流内耗，从而加大对检测样品和流动相的推动力，提升检测样品的分离速度；在检测完成后，分离微管道出口1-5打开，连通接头3连接装有流动相的液相泵及分流毛细管，将电渗用工作液和流动相从分离微管道出口1-5冲出。也即本微流控芯片能够将负、正性电渗整体柱与色谱分离整体柱集成在一起，可用于反复进行电渗泵驱动色谱分离检测，当然，本微流控芯片也可以只做为电渗泵芯片（只进行负、正性电渗整体柱的聚合与冲洗）或者色谱分离芯片（只进行色谱分离整体柱的聚合与冲洗）使用。这里，需要说明的是，电场去耦合器是一种能够让电荷通过但隔绝其他流体通过的器件，也即连通接头3连接毛细管凝胶电极后，能够分别导通负、正性电渗整体柱的电场回路，而工作液只能在Y型微通道中流动并流向分离微管道1-4，不会从连通接头3处流出。

在本实施例中，基板1在盖板2的上方，与通常的技术名称相反，主要是基于基板1为本微流控芯片的核心部件，起到了更多的作用，而盖板2只是起封闭作用。基于本微流控芯片的设计思路，将基板和盖板的名称进行调换，或者用其他相似名称替换，应视为在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种微流控芯片，包括永久键合的基板（1）与盖板（2），以及基板（1）与盖板（2）之间的Y型微通道，第一接口（1-1）和第二接口（1-2）开设在基板（1）上，第一接口（1-1）与微通道交汇处之间和第二接口（1-2）与微通道交汇处之间为泵区微管道（1-3）；其特征在于，微通道交汇处与分离微管道出口（1-5）之间为分离区微管道（1-4）；所述基板（1）在微通道交汇处设有沿基板（1）厚度方向延伸的通孔（1-6），通孔（1-6）上面粘接有用于连接进料毛细管、连接出料毛细管或连接毛细管凝胶电极的连通接头（3）。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述基板（1）顶面粘贴有遮盖分离区微管道（1-4）和微通道交汇处的遮光纸（7）。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述遮光纸（7）上开设有暴露一段分离区微管道（1-4）的曝光区（7-1）。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述盖板（2）底面粘接有分别设在第一接口（1-1）和第二接口（1-2）下方的抗压金属片（8）。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述盖板（2）底面微通道交汇处的下方也粘接有抗压金属片（8）。

6.根据权利要求4或5所述的微流控芯片，其特征在于：所述分离微管道出口（1-5）设在基板（1）和盖板（2）的侧壁键合处上。

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