基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片制造技术

本发明专利技术提供了一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，涉及即时检测产品技术领域。该微流控芯片使用流量控制器控制微流道内液体的流速，流量控制器包括由若干阵列单元排布而成的微阵列；阵列单元为设置于微流道表面的具有形状的疏液层或亲液层；其中，若流量控制器为减速流量控制器则包括由若干疏液阵列单元排布而成的微阵列，疏液阵列单元的接触角大于微流道；若流量控制器为加速流量控制器则包括由若干亲液阵列单元排布而成的微阵列，亲液阵列单元的接触角小于微流道。该微流控芯片采用阵列单元排列而成的微阵列来控制微流道内液体的流动速度，具有成本低廉、制备简单、无需外部驱动等优势。

Microfluidic chips for flow control based on hydrophilic and/or hydrophobic microarrays

The invention provides a microfluidic chip for flow control based on a microarray of hydrophilic and/or hydrophilic solutions, which relates to the technical field of instant detection products. The microfluidic chip uses a flow controller to control the flow rate of liquid in the microfluidic channel. The flow controller consists of a microarray arranged by several array units. The array unit is a shape sparse layer or a hydrophilic layer set on the surface of the microfluidic channel. If the flow controller is a deceleration flow controller, it includes a microarray arranged by several sparse array units, a sparse liquid array. The contact angle of the column element is larger than that of the micro-channel; if the flow controller is an accelerated flow controller, the micro-array composed of several hydrophilic array elements is included, and the contact angle of the hydrophilic array unit is smaller than that of the micro-channel. The microfluidic chip uses microarrays arranged by array units to control the flow rate of liquid in the microfluidic channel. It has the advantages of low cost, simple preparation and no external drive.

【技术实现步骤摘要】
基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片
本专利技术涉及即时检测产品领域，尤其是涉及一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片。
技术介绍
微流控芯片又称芯片实验室，是指在一块几平方厘米的芯片集中化学、生物领域中涉及的生物、化学的样品制备、反应、分离、检测以及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元的微流控装置。微流控芯片采用微机电加工技术在芯片上构建微流道系统，将生化分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的几平方厘米芯片上，加载生物样品和反应液后，采用机械或非机械驱动等方法驱动芯片中液体流入，于芯片上进行一种或连续多种的反应。随着微流控芯片研究的不断深入和商品化要求，对商品化微流控芯片新产品研发阶段所需的小批量、多品种、低成本、一次性芯片的需求日益迫切。微流控芯片中的液体流入特征尺度一般在0.1μm～1mm，在此微米尺度空间内流动的液体称为微流体。微流控芯片是一种集成系统，由液体的驱动、传输、检测等单元组成，流动具有网络化特征；其次，流动介质的形态多样，有连续流动、离散的液滴、离子流动等。因此，对微尺度下的液体样品进行驱动和控制成为了微流控芯片设计过程中的关键因素。以POCT免疫检测芯片为例，其通过不同功能区的构建，实现一系列免疫分析过程，在此过程中，血液作为被检测对象在此微流控芯片中经历了抗体标记、混合、孵育等步骤，各个步骤需要对血液的流动速度进行精准控制，以保证最后检测结果的准确性。例如：在经过包被区后需要对血液进行减速控制，以保证血液中的被检测抗原与包被区的抗体充分结合；在血液流到废液仓时，需对血液进行加速控制，以保证血液不会驻留在废液仓入口从而影响检测。因此如何控制微流道内的液体流速，从而实现微流体的标记、混合成为了微流控芯片设计过程中的关键。目前有多种方法对微流控芯片中的微流体进行驱动和控制，采用压力流驱动的方法具有实现简单、容易实现、成本低等优点，但外接的外部驱动泵使得其不易小型化，且存在泵与芯片的接口问题，限制了其在小批量、多品种、一次性芯片上的应用。采用电渗流对微流体进行驱动和控制虽然可以实现流速的定量控制，但对芯片本身基材的理化性质和液体要求严格，要求流道表面必须形成双电层才可实现电渗流驱动；此外，电渗流驱动所需的外部电流源会带来功耗及焦耳热的问题，影响流道中试剂样品的活性。离心式力驱动是利用芯片在微电机带动下做圆周运动时所产生的离心力作为液流的驱动力，通过改变芯片旋转速度和设计不同的通道构型调节和控制液体的流速。而对芯片上液体的限流和切换控制则需要配合微阀的使用才能完成。离心力驱动的微流控芯片具有制备成本低、高通量、集成度高等优势，但需要借助外部的电机实现离心力的驱动，对检测设备的要求比较高，且需要引入毛细微阀实现对液体流入的限流和切换，在芯片的制备上则提出了更高的要求。采用表面张力驱动和控制微流道内液体的方法无需在芯片中集成电极和外部电路，具有成本低的优点。现有的采用表面张力驱动控制微流道内液体主要采用在微流道内构建具有各异形状的凸起的结构单元来约束微流道内液体的流动路径，以增加微流道中液体流动的路径起到减缓液体流动速度的作用。例如现有技术中采用梳齿式以及迷宫式的矩形凸台，或凸起的矩形或者圆点构成微流体器件中的延时流动调节器，用凸起台阶状的流道约束流动，用增加流道长度的方式来增加流阻，实现减缓流动速度的目的。但是由于微流控芯片尺寸较小，在微流道中增设具有特定形状的结构单元在工艺较为困难，且会提高制作成本。因此，一种改进的对微流体进行驱动和控制流速的微流控芯片是有必要的。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，缓解了现有技术中存在缺乏一种无需外部驱动的，并且能够有效控制芯片中液体流速的微流控芯片的问题。为解决上述技术问题，本专利技术特采用如下技术方案：一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，所述微流控芯片的微流道与待测样品中的液体的接触角为θ0，且θ0＜90°；所述微流道上设置有至少一个流量控制器；所述流量控制器包括由若干阵列单元排布而成的微阵列；所述阵列单元为设置于微流道表面的具有形状的疏液层或亲液层；其中，若流量控制器为减速流量控制器，所述减速流量控制器包括由若干疏液阵列单元排布而成的微阵列，所述疏液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θs＞θ0的阵列单元；若流量控制器为加速流量控制器，所述加速流量控制器包括由若干亲液阵列单元排布而成的微阵列，所述亲液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θq＜θ0的阵列单元。优选地，所述微阵列按照如下方式排布：所述阵列单元构成若干个互相平行的行；优选地，所述阵列单元平行于液体流动方向构成的列也相互平行；优选地，所述微阵列中的各行交错排布。优选地，所述微阵列按照如下方式排布：阵列单元按照S形排布成横跨微流道横截面的S形子阵列；若干所述S形子阵列按照垂直于液体流动方向平行分布成微阵列；优选地，所述阵列单元平行于液体流动方向构成的列也相互平行；优选地，若干所述S形子阵列交错排布。优选地，所述微阵列按照如下方式排布：若干所述阵列单元排列成子阵列，所述子阵列按照行列式排布；所述子阵列优选包括U形子阵列。优选地，所述微阵列按照如下方式排布：相邻行的阵列单元的连线，都不平行于液体流动方向。优选地，所述疏液层和所述亲液层的形状分别独立的包括矩形、圆形、菱形或三角形；优选地，所述微阵列中各阵列单元的形状和面积均相同；优选地，所述阵列单元的尺度为50～500μm。优选地，所述微流控芯片还包括反应模块，待检测样品先流经至少一个减速流量控制器再流经反应模块，然后流经至少一个加速流量控制器。优选地，所述微流控芯片用于POCT免疫检测；所述微流控芯片从液体流动方向依次设置有加样口、微流道和废液仓；待测样品从微流道上依次流经荧光模块、所述减速流量控制器、反应模块、质控模块和所述加速流量控制器。优选地，所述微流道经亲液处理以使微流道的接触角θ0＜90°；所述微流道主要由如下材料制成：苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸树酯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷、硅、石英或玻璃。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片通过表面张力驱动微流道内的液体流入，在微流道内设置由阵列单元排列而成的微阵列，使待测物质中的液体在流经微阵列时由于液体与阵列单元的接触角的改变产生减速或者加速的效果。本专利技术采用表面张力(毛细力)驱动的方式，利用阵列单元排列而成的微阵列来控制微流道内液体的流动速度，具有成本低廉、制备简单、无需外部驱动等优势，是低成本、一次性芯片中的流动控制方案的较好选择。表面张力驱动和控制微流道中微流体的流动方法相比其他方法具有易于实现自动控制，无需外力作用等优点，是研发阶段低成本所需的小批量、多品种、低成本、一次性芯片的快速原型制造的较好解决方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，所述微流控芯片的微流道与待测样品中的液体的接触角为θ0，且θ0＜90°；所述微流道上设置有至少一个流量控制器；所述流量控制器包括由若干阵列单元排布而成的微阵列；所述阵列单元为设置于微流道表面的具有形状的疏液层或亲液层；其中，若流量控制器为减速流量控制器，所述减速流量控制器包括由若干疏液阵列单元排布而成的微阵列，所述疏液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θs＞θ0的阵列单元；若流量控制器为加速流量控制器，所述加速流量控制器包括由若干亲液阵列单元排布而成的微阵列，所述亲液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θq＜θ0的阵列单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，所述微流控芯片的微流道与待测样品中的液体的接触角为θ0，且θ0＜90°；所述微流道上设置有至少一个流量控制器；所述流量控制器包括由若干阵列单元排布而成的微阵列；所述阵列单元为设置于微流道表面的具有形状的疏液层或亲液层；其中，若流量控制器为减速流量控制器，所述减速流量控制器包括由若干疏液阵列单元排布而成的微阵列，所述疏液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θs＞θ0的阵列单元；若流量控制器为加速流量控制器，所述加速流量控制器包括由若干亲液阵列单元排布而成的微阵列，所述亲液阵列单元为相对于待测样品中液体的接触角θq＜θ0的阵列单元。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微阵列按照如下方式排布：所述阵列单元构成若干个互相平行的行；优选地，所述阵列单元平行于液体流动方向构成的列也相互平行；优选地，所述微阵列中的各行交错排布。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微阵列按照如下方式排布：阵列单元按照S形排布成横跨微流道横截面的S形子阵列；若干所述S形子阵列按照垂直于液体流动方向平行分布成微阵列；优选地，所述阵列单元平行于液体流动方向构成的列也相互平行；优选地，若干所述S形子阵列交错排布。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，钟昊，黄伟峰，徐涛，王志强，佟浩，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：天津,12