采用微流体布置的流动驱动方法和设备技术

提供了采用微流体布置的流动驱动方法和设备。在一个公开的布置中，微流体布置包括第一液体，该第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样。微流体式样至少包括长形流道和第一储液池。基底和形成长形流道的部分第一液体之间的接触区域限定了流道覆盖区域。基底与形成第一储液池的部分第一液体之间的接触区域限定了第一储液池覆盖区域。流道覆盖区域和第一储液池覆盖区域的尺寸和形状均设置成使得：在流道覆盖区域没有任何改变的情况下的长形流道中的第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力，高于在第一储液池覆盖区域没有任何改变的情况下的第一储液池中的第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力。提供具有内腔的输送构件，内腔通向末端开口，液体能够通过末端开口输送。当末端开口保持在输送位置时，通过末端开口将液体泵送到微流体式样中。输送位置设置成使得液体经由长形流道进入微流体式样并驱动液体流入第一储液池。

Flow Driving Method and Equipment with Microfluidic Arrangement

The flow driving method and equipment with microfluidic arrangement are provided. In an open arrangement, the microfluidic arrangement includes a first liquid, which maintains its shape mainly through surface tension to define the microfluidic pattern on the surface of the substrate. The microfluidic pattern includes at least a long runner and a first reservoir. The contact area between the base and part of the first liquid in the shaped channel defines the channel coverage area. The contact area between the base and part of the first liquid forming the first reservoir defines the coverage area of the first reservoir. The size and shape of the runner coverage area and the first reservoir coverage area are set so that the maximum Laplace pressure that the first liquid in the long runner can support without any change in the runner coverage area is higher than the maximum Laplace pressure that the first liquid in the first reservoir can support without any change in the first reservoir coverage area. \u3002 A conveying member with an inner cavity is provided. The inner cavity leads to an opening at the end, and the liquid can be conveyed through the opening at the end. When the end opening is kept in the conveying position, the liquid is pumped into the microfluidic pattern through the end opening. The conveying position is set so that the liquid enters the microfluidic pattern through a long runner and drives the liquid to flow into the first reservoir.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用微流体布置的流动驱动方法和设备本专利技术涉及采用微流体布置(arrangement)的流动驱动。操纵少量液体是许多科学学科的核心，这些科学学科包括微生物学、细胞生物学、生物化学和材料科学。其中，采用液体通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的通道流动的微流体装置是可行的，但是，尽管已经证明了该技术的优点，这种类型的装置并没有像预期那般被大量结合到科学工作流程中。原因有很多。原型设计基于PDMS的装置至少需要几天时间且价格昂贵；它通常还需要专门的设备、洁净室和高级培训。一旦这些设备被制成，通常专用于一种应用，并且对它们中的大多数位置点的使用是受限的。此外，未经处理的PDMS具有较差的生物和化学相容性，因为它会排出毒素并与有机溶剂反应。传统装置中的气泡也存在许多操作上的挑战：它们会让流动变得不平衡，损坏包含的细胞，并在气体和流体的接界面处引发分子聚集。通过这种装置驱动流动是困难的，因为必须在装置的通道和外部泵送设备之间提供密封布置。该密封布置通常很小且难以操纵，而且不可靠。由于污染、泄漏、气泡和/或不可预测的流速，实验可能会受到影响。流体只能在装置的特定位置点处被注入和提取，从而限制了灵活性。对于提供模仿人或动物体内状况的流动是有兴趣的，例如当对活细胞进行实验时。因此，希望提供一种脉动式流动。用于此目的的已知设备实施起来可能是昂贵的和/或复杂的。本专利技术的一个目的是提供采用微流体布置的流动驱动的改进方法和设备。根据本专利技术的一个方面，提供了采用微流体布置的流动驱动方法，其中该微流体布置包括第一液体，该第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样(pattern)，该微流体式样至少包括长形流道(conduit)和第一储液池；基底和形成长形流道的一部分第一液体之间的接触区域限定了流道覆盖区域(conduitfootprint)；基底与形成第一储液池的一部分第一液体之间的接触区域限定了第一储液池覆盖区域(firstreservoirfootprint)；流道覆盖区域和第一储液池覆盖区域的尺寸和形状均设置成使得：在流道覆盖区域没有任何改变的情况下的长形流道中的第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力，高于在第一储液池覆盖区域没有任何改变的情况下的第一储液池中的第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力；该方法包括：提供具有内腔的输送构件，该内腔通向末端开口，液体能够通过末端开口输送；以及通过末端开口将液体泵送到微流体式样中，同时末端开口保持在输送位置，该输送位置设置成使得液体经由长形流道进入微流体式样并驱动液体流入第一储液池。因此，提供了在没有实心壁的微流体布置中驱动流动的方法。使用表面张力代替实心壁以将第一液体保持为所需的微流体式样。微流体式样可以在几秒钟内以这种方式形成，其方式与用笔徒手书写的方式大致相同。正如任何可以想象的式样可以在一张纸上绘制一样，可以通过移动在基底上发射第一液体的元件来产生任何微流体式样。微流体式样(例如流道和第一储液池)的元件的边缘通过表面张力(其也可以称为界面张力)固定。因为基底不必以与PDMS相同的方式处理以提供通道，所以基底可以由已证明确有生物相容性的材料制成，例如生物学家通常使用的聚苯乙烯/玻璃皿。与基于PDMS的装置不同，将液体泵送到微流体布置中的输送构件可以自由地插入微流体式样中的任何点。输送构件和微流体布置之间的连接是自动密封的。当输送构件插入时自动建立密封，并且当移除输送构件时自动关闭。因此，可以选择各种不同的泵送式样，而无需构建新设备。微流体式样本身甚至可以重新设计，例如通过切割流道(其自动密封)或通过将不同的流道连接在一起，这提供了进一步的灵活性。此外，减少或消除了污染的风险，特别是在提供从上方覆盖微流体式样的第二液体的情况下，并且没有密封失效或泄漏的问题。如果出现气泡，则浮力迫使它们上升并离开微流体式样，从而消除了在基于PDMS的装置中经常遇到的气泡的负面影响。第一液体被流体壁限制，这意味着该壁能够在流体流动期间变形。这对如何通过微流体式样主动驱动流动提出了潜在的限制。如果流体壁以阻止建立所需压力梯度的方式变形，则不可能通过微流体式样实现所需的流速。专利技术人已经认识到，通过在特定位置：即进入储液池之间的长形流道或通向储液池而不是进入储液池本身，将液体泵送到微流体式样中能够实现更多种流速。长形流道能够比宽于长形流道的储液池支撑更高的最大拉普拉斯压力(由于流道与储液池相比可能具有更高的曲率)。因此，泵送到长形流道中允许更高的压力梯度和通过流道的更高的相应泵送速率。在实施例中，输送位置使得在没有任何液体流出末端开口的情况下输送构件将不与长形流道接触，并且其中通过液体流出末端开口,液体经由末端开口和长形流道之间形成的液桥被泵送到长形流道中。该特征减少了对输送构件的高精度定位的需要。能够针对输送构件的一系列不同位置有效地将液体泵送到微流体布置中，可选地所述一系列不同位置包括在没有泵送的情况下末端开口将在第一液体内的位置和在没有泵送的情况下末端开口将不在第一液体内的位置。因此便于手动定位输送构件。能够更廉价和/或更可靠地实现输送构件的自动移动。根据本专利技术的另一方面，提供了采用微流体布置的流动驱动方法，其中微流体布置包括第一液体，该第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样，该微流体式样至少包括长形流道和第一储液池；该方法包括提供具有内腔的输送构件，该内腔通向末端开口，液体能够通过该末端开口输送，当末端开口保持在输送位置时，通过末端开口将液体泵送到微流体式样中；以及采用以下方式泵送液体：在从末端开口不间断流出期间，以循环方式周期性地形成不稳定的液桥，包括：在末端开口处生长液体液珠，将所述液珠与限定微流体式样的第一液体接触以建立液桥，以及随后使液桥垮塌，从而提供因所述循环方式产生的脉动式压力而生成的脉动式流动，将液体流入微流体式样。因此，提供了实现与没有实心壁的微流体布置相关优点并且能够以简单且可重复的方式实现可靠的脉动式流动的方法。无需复杂的泵送设备即可实现脉动式流动。液体能够被简单地连续泵送，例如以恒定的流速连续泵送。脉动式流动由液桥的周期性形成和垮塌提供的，在流道内提供的循环压力以驱动流动。在实施例中，微流体布置还包括与第一液体直接接触并覆盖微流体式样的第二液体。第二液体将第一液体与周围大气隔离，从而进一步降低微流体式样污染的风险和/或防止第一液体蒸发。在实施例中，输送构件的输送位置总是低于第二液体的上界面。在实施例中，第二液体比第一液体密度大。这改变了静水压力如何有助于驱动流动通过微流体布置，并能够帮助维持更恒定的流速。例如，由于储液池由于液体流入其中而尺寸增大，拉普拉斯压力通常会随着储液池的曲率半径减小而增加。这通常会增加储液池中的压力，因此倾向于降低液体流入其中的最大速率。使用密度更大的第二液体，随着储液池上方的液体高度减小，通过降低静水压力来抵消这种效果。在实施例中，输送构件的靠近末端开口的外表面的至少选定部分被配置成与第一液体接触的表面能量密度高于与第二液体接触的表面能量密度。以这种方式配置输送构件有助于通过将液体泵送到微流体式样中来减少输送构件的外表面的不希望的润湿。当液桥用于进行连接时，例如提供脉动式流动，这是特别理想的，其中重要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采用微流体布置的流动驱动方法，其中，所述微流体布置包括第一液体，所述第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样，所述微流体式样至少包括长形流道和第一储液池；所述基底和形成所述长形流道的一部分所述第一液体之间的接触区域限定了流道覆盖区域；所述基底与形成所述第一储液池的一部分所述第一液体之间的接触区域限定了第一储液池覆盖区域；所述流道覆盖区域和所述第一储液池覆盖区域的尺寸和形状均设置成使得：在所述流道覆盖区域没有任何改变的情况下的所述长形流道中的所述第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力，高于在所述第一储液池覆盖区域没有任何改变的情况下的所述第一储液池中的所述第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力；所述方法包括：提供具有内腔的输送构件，所述内腔通向末端开口，液体能够通过所述末端开口输送；当所述末端开口保持在输送位置时，通过所述末端开口将液体泵送到所述微流体式样中，其中，所述输送位置设置成使得所述液体经由所述长形流道进入所述微流体式样并驱动液体流入所述第一储液池。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.18 GB 1614139.2;2016.08.18 GB 1614146.7;201.采用微流体布置的流动驱动方法，其中，所述微流体布置包括第一液体，所述第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样，所述微流体式样至少包括长形流道和第一储液池；所述基底和形成所述长形流道的一部分所述第一液体之间的接触区域限定了流道覆盖区域；所述基底与形成所述第一储液池的一部分所述第一液体之间的接触区域限定了第一储液池覆盖区域；所述流道覆盖区域和所述第一储液池覆盖区域的尺寸和形状均设置成使得：在所述流道覆盖区域没有任何改变的情况下的所述长形流道中的所述第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力，高于在所述第一储液池覆盖区域没有任何改变的情况下的所述第一储液池中的所述第一液体可支撑的最大拉普拉斯压力；所述方法包括：提供具有内腔的输送构件，所述内腔通向末端开口，液体能够通过所述末端开口输送；当所述末端开口保持在输送位置时，通过所述末端开口将液体泵送到所述微流体式样中，其中，所述输送位置设置成使得所述液体经由所述长形流道进入所述微流体式样并驱动液体流入所述第一储液池。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流道覆盖区域和所述第一储液池覆盖区域完全位于所述基底的所述表面的基本上平坦的部分上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述流道覆盖区域或所述第一储液池覆盖区域没有任何改变的情况下执行所述驱动液体流入所述第一储液池。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在没有任何液体流出所述末端开口的情况下，所述输送位置使所述输送构件不与所述长形流道接触；通过液体流出所述末端开口，使液体经由所述末端开口和所述长形流道之间形成的液桥被泵送到所述长形流道中。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在从所述末端开口不间断流出期间，在所述末端开口和所述长形流道之间保持稳定的液桥，从而提供液体不间断地流入所述长形流道。6.根据权利要求4所述的方法，其中，在从所述末端开口不间断流出期间，以循环方式周期性地形成不稳定的液桥，包括在所述末端开口处生长液珠，所述液珠与所述长形流道接触以建立所述液桥，以及随后使所述液桥垮塌，从而提供因所述循环方式产生的脉动式压力而生成的脉动式流动，将液体流入长形流道中。7.采用微流体布置的流动驱动方法，其中，所述微流体布置包括第一液体，所述第一液体主要通过表面张力保持形状，以在基底的表面上限定微流体式样，所述微流体式样至少包括长形流道和第一储液池；所述方法包括：提供具有内腔的输送构件，所述内腔通向末端开口，液体能够通过所述末端开口输送；当所述末端开口保持在输送位置时，通过所述末端开口将液体泵送到所述微流体式样中；以及采用以下方式泵送液体：在从所述末端开口不间断流出期间，以循环方式周期性地形成不稳定的液桥，包括：在所述末端开口处生长液珠，将所述液珠与限定微流体式样的所述第一液体接触以建立所述液桥，以及随后使所述液桥垮塌，从而提供因所述循环方式产生的脉动式压力而生成的脉动式流动，将液体流入微流体式样。8.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德蒙·沃尔什，亚历山大·福尔伯恩，彼得·理查德·库克，
申请(专利权)人：牛津大学科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB