離心式微流控芯片的虹吸閥及其應(yīng)用方法
【專利摘要】離心式微流控芯片的虹吸閥及其應(yīng)用方法，涉及對(duì)聚合物離心式微流控芯片上虹吸閥的功能可靠性增強(qiáng)方法，本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)虹吸閥內(nèi)虹吸流動(dòng)前的虹吸管內(nèi)液體充滿，并避免材料表面親水處理和保證芯片功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明為了保證生化檢測(cè)中采用聚合物材料加工所得的表面疏水微流控芯片內(nèi)虹吸閥的功能可靠性，在該方法中，虹吸管內(nèi)的液體充滿依靠芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的歐拉力實(shí)現(xiàn)，從而有效避免了聚合物離心式微流控芯片上虹吸閥內(nèi)液體充滿過(guò)程所需的自發(fā)毛細(xì)流動(dòng)和材料表面親水處理，保證了芯片功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】離心式微流控芯片的虹吸閥及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物離心式微流控芯片上虹吸閥的功能可靠性增強(qiáng)方法，適用于保證生化檢測(cè)中采用聚合物材料加工所得的表面疏水離心式微流控芯片內(nèi)虹吸閥的功能可靠性。 【背景技術(shù)】
[0002]生化檢測(cè)微流控芯片為多功能系統(tǒng)芯片，常稱之為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)，該芯片把生化檢測(cè)所涉及的樣品制備、定量進(jìn)樣、液體混合、生化反應(yīng)、分離檢測(cè)等基本操作單元集成或基本集成于幾平方厘米的芯片之上，是用以取代常規(guī)化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)平臺(tái)。微流控芯片的基本特征和最大優(yōu)勢(shì)是將各種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合、規(guī)模集成。目前，聚合物是普遍采用的微流控芯片加工材料(如:PC, PMMA)。聚合物材料的微流控芯片上微流控結(jié)構(gòu)的加工方法包括熱壓、激光加工等。其中，激光加工方法具有效率高、對(duì)芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束小的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]虹吸閥是離心式微流控芯片上的關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)，主要用于芯片內(nèi)液體的提取和定量。虹吸閥的作用過(guò)程為:虹吸管內(nèi)液體自發(fā)毛細(xì)流動(dòng)至虹吸管內(nèi)充滿液體；然后芯片旋轉(zhuǎn)提供離心力，離心力使得虹吸管內(nèi)虹吸流動(dòng)發(fā)生，進(jìn)而完成液體的提取和定量操作。因此，毛細(xì)流動(dòng)虹吸閥對(duì)液體操作的必要前提。在聚合物微流控芯片上，由于聚合物材料表面的疏水性，毛細(xì)流動(dòng)常常需要表面親水處理。而表面親水處理會(huì)導(dǎo)致芯片加工、組裝和長(zhǎng)期保存方面的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是基于芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)液體受到的歐拉力提出一種適合聚合物離心式微流控芯片的虹吸閥功能可靠性增強(qiáng)方法，以實(shí)現(xiàn)虹吸閥內(nèi)虹吸流動(dòng)前的虹吸管內(nèi)液體充滿，并避免材料表面親水處理和保證芯片功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0005]離心式微流控芯片的虹吸閥，包括虹吸管、與虹吸管兩端連接的定量腔和提取腔、與定量腔連接的進(jìn)樣腔和廢液腔；所述進(jìn)樣腔上連接有進(jìn)樣孔和通氣孔；廢液腔和提取腔上設(shè)置有通氣孔。
[0006]離心式微流控芯片的虹吸閥的應(yīng)用方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0007]步驟一、將微流控芯片安裝在離心機(jī)上，再經(jīng)進(jìn)樣孔向進(jìn)樣腔內(nèi)加入液體，以逆時(shí)針?lè)较颉?000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)離心機(jī)，液體在離心力作用下由進(jìn)樣腔流入定量腔，多余液體流入廢液腔內(nèi)；
[0008]步驟二、按逆時(shí)針?lè)较颍⑶乙?000轉(zhuǎn)/分?秒的加速度加速旋轉(zhuǎn)微流控芯片，使虹吸管出口處的液體液面到旋轉(zhuǎn)中心的距離大于量腔內(nèi)液體的液面到旋轉(zhuǎn)中心的距離，待液體充滿虹吸管后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)微流控芯片，直到定量腔內(nèi)液體的液面到達(dá)虹吸管的入口處時(shí)虹吸流動(dòng)停止；最終將虹吸管入口以上的液體提取到提取腔內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明為了保證生化檢測(cè)中采用聚合物材料加工所得的表面疏水微流控芯片內(nèi)虹吸閥的功能可靠性，提出一種基于歐拉力的適用于聚合物離心式微流控芯片上的虹吸閥的應(yīng)用方法，在該方法中，虹吸管內(nèi)的液體充滿依靠芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的歐拉力實(shí)現(xiàn)，從而有效避免了聚合物離心式微流控芯片上虹吸閥內(nèi)液體充滿過(guò)程所需的自發(fā)毛細(xì)流動(dòng)和材料表面親水處理，保證了芯片功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明所述的離心式微流控芯片的虹吸閥中第一 PMMA圓片的示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明所述的離心式微流控芯片的虹吸閥中第二 PMMA圓片的示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明所述的離心式微流控芯片的虹吸閥中第三PMMA圓片的示意圖；
[0013]圖4為第一 PMMA圓片、第二 PMMA圓片與第三PMMA圓片依次粘貼形成虹吸閥的離心式微流控芯片示意圖；
[0014]圖5為將具有虹吸閥的離心式微流控芯片在離心機(jī)上的安裝示意圖；
[0015]圖6中a、b、C、d為離心式微流控芯片內(nèi)虹吸閥基于歐拉力的液體操作過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，離心式微流控芯片的虹吸閥，包括三個(gè)功能單元，每個(gè)功能單元由虹吸管1、及連接于虹吸管I兩端的定量腔3、提取腔3，與連接于定量腔3的進(jìn)樣腔5和廢液腔4構(gòu)成；進(jìn)樣腔5上連接有進(jìn)樣孔6和通氣孔7 ;廢液腔4和提取腔2上也具有通氣孔7。
[0017]本實(shí)施方式中具有虹吸閥的離心式微流芯片由三片PMMA圓片通過(guò)激光加工，并通過(guò)壓敏依次膠粘貼構(gòu)成；具體的制備方法為:
[0018]一、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工PMMA板材，得到直徑Ilcm的第一 PMMA圓片A，其上帶有若干個(gè)通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成微流控芯片的通氣孔7、定位孔8和安裝孔9;
[0019]二、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第二 PMMA圓片B，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的微流控結(jié)構(gòu)；
[0020]三、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第三PMMA圓片C，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成定位孔8和微流控芯片的安裝孔9 ；
[0021]四、通過(guò)定位孔8定位，將第一 PMMA圓片A與第二 PMMA圓片B帶有壓敏膠的一面粘貼；
[0022]五、通過(guò)定位孔8定位，將第二 PMMA圓片B與第三PMMA圓片C帶有壓敏膠的一面粘貼，從而完成具有虹吸閥的離心式微流控芯片D。
[0023]本實(shí)施方式中所述第一 PMMA圓片A和第三PMMA圓片C的厚度為0.8mm，第二 PMMA圓片的厚度為1mm，第一 PMMA圓片、第二 PMMA圓片和第三PMMA圓片的直徑為11cm，各圓片上通孔的尺寸分別為:通氣孔7直徑1mm、進(jìn)樣孔6直徑2mm、定位孔8直徑2mm、安裝孔9直徑6mm。所采用壓敏膠厚度為250 μ m。
[0024]【具體實(shí)施方式】二、結(jié)合圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為【具體實(shí)施方式】一所述的離心式微流控芯片的虹吸閥的應(yīng)用過(guò)程:
[0025]在操作時(shí)，將所制作的微流控芯片D安裝于離心機(jī)F的機(jī)軸E上，再由進(jìn)樣孔6向進(jìn)樣腔5內(nèi)加入液體，進(jìn)而開(kāi)啟離心機(jī)F，使得芯片開(kāi)始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，結(jié)合圖6a ;在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，液體在離心力作用下由進(jìn)樣腔5進(jìn)入定量腔3，且多余的液體由定量腔3溢出到廢液腔4中，如圖6b ;然后，加速旋轉(zhuǎn)芯片，由于角加速度的存在，芯片內(nèi)液體受到垂直于芯片半徑方向的歐拉力作用而充滿虹吸管1，此時(shí)虹吸管I出口處的液面相比于定量腔3內(nèi)液面遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心G，從而滿足離心力下虹吸發(fā)生的條件，如圖6c ;在液體充滿虹吸管I后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)芯片，虹吸管I內(nèi)虹吸流動(dòng)發(fā)生，直到定量腔3內(nèi)液面到達(dá)虹吸管I入口 H處時(shí)虹吸流動(dòng)停止，從而使得定量腔3內(nèi)虹吸管I入口 H以上的液體被提取到提取腔2內(nèi)，如圖6d。以上基于歐拉力的聚合物離心式微流控芯片上虹吸閥，通過(guò)歐拉力對(duì)液體的驅(qū)動(dòng)作用來(lái)完成液體對(duì)虹吸管I的充滿，從而有效克服了傳統(tǒng)地通過(guò)毛細(xì)流動(dòng)充滿虹吸管需要的親水表面處理導(dǎo)致的工藝復(fù)雜性，并保證了芯片功能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.離心式微流控芯片的虹吸閥，包括三個(gè)功能單元，其特征是，每個(gè)功能單元包括虹吸管(I)、與虹吸管(I)兩端連接的定量腔(3)和提取腔(2)、與定量腔(3)連接的進(jìn)樣腔(5)和廢液腔(4);所述進(jìn)樣腔(5)上連接有進(jìn)樣孔(6)和通氣孔(7);廢液腔(4)和提取腔(2)上設(shè)置有通氣孔(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式微流控芯片的虹吸閥，由三個(gè)PMMA圓片依次粘貼構(gòu)成微流控芯片(D)，其特征在于，在第一 PMMA圓片(A)上加工進(jìn)樣孔(6)、多個(gè)通氣孔(7)、定位孔(8)和安裝孔(9);第二 PMMA圓片(B)上加工進(jìn)樣腔(5)、定量腔(3)、廢液腔(4)、虹吸管(I)、提取腔(2)以及與第一 PMMA圓片(A)對(duì)應(yīng)的定位孔(8)和安裝孔(9);第三PMMA圓片(C)上加工與第一 PMMA圓片(A)對(duì)應(yīng)的定位孔(8)和安裝孔(9)，通過(guò)定位孔(8)定位，將所述第一 PMMA圓片(A)與第二 PMMA圓片(B)帶有壓敏膠的一面粘貼；將第二 PMMA圓片(B)與第三PMMA圓片(C)帶有壓敏膠的一面粘貼，實(shí)現(xiàn)具有虹吸閥的離心式微流控芯片(D)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式微流控芯片的虹吸閥，其特征在于，所述第一PMMA圓片(A)和第三PMMA圓片(C)的厚度為0.8mm，第二 PMMA圓片(B)的厚度為1mm，所述第一PMMA圓片(A)、第二 PMMA圓片(B)和第三PMMA圓片(C)的直徑為11cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式微流控芯片的虹吸閥，其特征在于，通氣孔(7)的直徑為Imm,進(jìn)樣孔(6)的直徑為2mm,定位孔(8)的直徑為2mm,安裝孔(9)的直徑為6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式微流控芯片的虹吸閥，其特征在于，所述壓敏膠的厚度為250 μ m。
6.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的離心式微流控芯片的虹吸閥的方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、將微流控芯片(D)安裝在離心機(jī)(F)上，再經(jīng)進(jìn)樣孔(6)向進(jìn)樣腔(5)內(nèi)加入液體，以逆時(shí)針?lè)较颉?000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)離心機(jī)(F)，液體在離心力作用下由進(jìn)樣腔(5)流入定量腔(3)，多余液體流入廢液腔(4)內(nèi)； 步驟二、按逆時(shí)針?lè)较?，并且?000轉(zhuǎn)/分.秒的加速度加速旋轉(zhuǎn)微流控芯片(D)，使虹吸管(I)出口處的液體液面到旋轉(zhuǎn)中心(G)的距離大于量腔內(nèi)液體的液面到旋轉(zhuǎn)中心的距離，待液體充滿虹吸管(I)后，持續(xù)旋轉(zhuǎn)微流控芯片(D)，直到定量腔(3)內(nèi)液體的液面到達(dá)虹吸管(I)的入口(H)處時(shí)虹吸流動(dòng)停止；最終將虹吸管(I)入口(H)以上的液體提取到提取腔(2)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK103486091SQ201310442791
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】鄧永波, 吳一輝, 范建華, 周松, 武俊峰, 劉永順, 郝鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所