一种微阀与液体之间的隔离系统、控制方法及生物芯片技术方案

本发明专利技术公开一种微阀与液体之间的隔离系统、控制方法及生物芯片。所述微阀与液体之间的隔离系统包括试剂腔、第一管路、第二管路和反应腔；所述试剂腔用于储存液体，该试剂腔的出液端与第一管路的一端连通，该第一管路的另一端与第二管路的一端通过常闭微阀隔开，该第二管路的另一端与反应腔连通；所述第一管路内具有空气柱，该空气柱的一端接触常闭微阀，该空气柱的另一端接触液体，所述第一管路与第二管路在常闭微阀打开时连通。本发明专利技术的保证液体在储存过程中不会流入微阀，微阀变化过程中不会对储存液体造成影响。

【技术实现步骤摘要】
一种微阀与液体之间的隔离系统、控制方法及生物芯片
本专利技术涉及一种微阀与液体之间的隔离系统、控制方法及生物芯片，属于生物芯片检测领域。
技术介绍
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。目前微流控芯片所用试剂多为外部注入加入，在外力驱动作用下，使试剂按照管道流动。现预先将微流控芯片检测试剂加入到芯片试剂腔中，使用过程中无需再外部注入试剂；且通过微流控芯片微阀的变化来控制预先注入试剂的流通性。现有技术的缺点主要是检测试剂在使用时必须从外部注入，所花费时间较多且无法实现自动化，因此需要一种微阀与液体隔离的结构来满足液体在储存过程中不会流入微阀，且微阀在变化过程中不会对储存液体造成影响和液体流动通畅性影响。中国专利技术专利公开号CN1512095C公开了一种用于启、闭微/纳米流体通道的冰阀，其包括：一放置在流动有流体的微流道下端的半导体制冷器和一位于该半导体制冷器的制冷端或制热端的散热器，半导体制冷器与散热器之间设有低热阻高强度绝缘漆构成的导热绝缘层；一位于微流道上端面的用以加热微流道中流体的微型加热器；所述的微型加热器为通入蒸汽的蒸汽包、为带电源的微型电加热器，或为带激光加热源的微型激光加热器；半导体制冷器由多个半导体制冷模块并联组成；无任何运动部件，便于控制，是一种理想的易于集成化的微阀结构。然而该专利由于采用冰作为阀芯，因此，无法用于有试剂存储的，正常状态下是没有阀芯的；进一步地，冰容易与试剂发生反应，且冰作为阀芯尺寸过大（无法做到微米级），无法实现精确化控制，此外，如果该专利用于微流控芯片上，那么芯片中还需要植入电路，这将进一步增加芯片的制造难度，降低其可靠性。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种微阀与液体之间的隔离系统、控制方法及生物芯片，该隔离系统将芯片检测使用试剂预先注入芯片试剂腔中，可以保证液体在储存过程中不会流入微阀，微阀变化过程中不会对储存液体造成影响。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种微阀与液体之间的隔离系统，其结构特点是，包括试剂腔、第一管路、第二管路和反应腔；所述试剂腔用于储存液体，该试剂腔的出液端与第一管路的一端连通，该第一管路的另一端与第二管路的一端通过常闭微阀隔开，该第二管路的另一端与反应腔连通；所述第一管路内具有空气柱，该空气柱的一端接触常闭微阀，该空气柱的另一端接触液体，所述第一管路与第二管路在常闭微阀打开时连通。本专利技术由于隔离空气柱的存在，微阀变化时产生的能量通过空气柱后对液体的形态不会产生影响。此外，试剂腔到激光阀管道结构利于试剂流动，液体温度和液体流动通畅性好。由此，本专利技术的常闭微阀在常规状态常闭，需要打开时，通过加热装置（优选为激光加热）使阀芯熔化或气化，从而保证第一管路与第二管路连通。根据本专利技术的实施例，还可以对本专利技术作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：所述试剂腔的顶部装有兼作活塞的柱塞。由此，当常闭微阀打开后，下压柱塞即可将液体挤至反应腔内。最好地，所述柱塞与试剂腔内储存液体的液面之间的距离为0mm-3mm。为了尽可能减小常闭微阀熔化后对液体的影响，所述空气柱的长度大于5mm。注入试剂后，试剂腔到微阀管道中有至少5mm的空气柱隔绝。为了方便实现精确化定量控制，所述第一管路和第二管路管径为100μm-1000μm，所述常闭微阀的阀芯直径为100μm-1000μm；和/或所述常闭微阀的阀芯沿着第一管路或第二管路长度方向的尺寸（即阀芯的厚度）为100μm-1000μm。由此，可以实现微量定量控制。所述常闭微阀的阀芯直径和厚度均优选为0.5mm。为了方便开启常闭微阀，所述试剂腔、第一管路、第二管路和反应腔均开设在芯片基体内，所述芯片基体的至少一面由透光材料制成，所述常闭微阀的阀芯、第一管路的管壁和第二管路的管壁均为同种材质制成，该芯片基体由透光材料制成的一侧设有激光光源。优选地，所述阀芯的熔点为40℃-170℃，该阀芯的气化温度是80℃-300℃。这样需要开启常闭微阀时，通过激光定点照射阀芯，这样阀芯熔化或气化，第一管路和第二管路连通。所述常闭微阀的阀芯、第一管路的管壁和第二管路的管壁均为同种材质制成的好处在于加工成本更低，而通过激光定点熔化或气化阀芯，可以保证在阀芯熔化或气化的同时，第一管路的管壁和第二管路的管壁不会被熔化或气化。优选地，所述常闭微阀的阀芯为高分子聚合物制成。所述高分子聚合物指由键重复连接而成的高分子量（通常可达10～106）化合物。为了提高吸光效率，所述阀芯外表面设有深色涂层。优选为黑色涂层，或是优选阀芯为黑色材料制成。这样可以缩短熔化或气化阀芯的时间。为了解决微阀和芯片集成的问题，所述阀芯和芯片基座为一体化结构。这样可以降低了工艺难度和加工成本，且具有更好的密封性。为了保证阀芯熔化后的液体流入溢流池内，避免了影响管道的流量，从而保证管道畅通，所述阀芯的上游侧设有位于第一管路上的溢流池和/或所述阀芯的下游侧设有位于第二管路上的溢流池。更优选地，所述溢流池的深度为相对第一管路或第二管路内壁面下凹0.5mm-1mm；和/或所述溢流池沿着第一管路或第二管路长度方向的尺寸为0.5mm-1mm。溢流池的这种设计既保证了熔化后的阀芯不影响管道的流量，同时又避免导致芯片基体的厚度过厚。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种生物芯片，包括芯片基体，所述芯片基体内设有多个所述的微阀与液体之间的隔离系统，所述试剂腔、第一管路、第二管路和反应腔均开设在芯片基体内；各微阀与液体之间的隔离系统共用一个反应腔。这样根据反应需要，不同的试剂腔内的液体可以按照要求注入到反应腔内反应。这样，将试剂腔、第一管路、第二管路和反应腔集成在芯片基体内，极大地节约了占地空间，提高了集成度，便于模块化和自动化控制。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种利用所述的微阀与液体之间的隔离系统控制液体的方法，其包括如下步骤：S1、预先向试剂腔中注入所需量的液体后封堵注入口，注入液体时液体末端到常闭微阀之间通过空气柱隔绝；S2、需要将液体输送至反应腔时，通过设置在常闭微阀外侧的激光光源照射在所述常闭微阀的阀芯上并将阀芯熔化或气化，常闭微阀打开，第一管路与第二管路连通，液体从试剂腔内流入反应腔内。一种优选的方案是，当常闭微阀打开，液体从试剂腔内流入反应腔内时，由于第一管路和第二管路的管径较小，都是微米级的，因此，可以通过外力下压试剂腔的顶部的兼作活塞的柱塞，这样可以保证试剂腔内的液体尽快流入反应腔内。由于空气柱的存在，液体存储在试剂腔中不会流入常闭微阀处，这样微阀变化时产生的能量不会对储存液体产生大的影响。由此，本专利技术将常闭微阀和致动力源分离开来，简化了常闭微阀整体的制作工艺，使微流控系统上更容易集成微阀，大幅度降低了微流控系统的生成成本。本专利技术的微阀开创了一种新的微阀开启思路，将激光作为致动力来开启嵌入微流控系统中的阀芯结构，微阀的主要优点：微阀控制过程响应快、稳定性高，能有效实现产业化生产和实际应用。本专利技术所述的微阀是微流控系统的关键执行部件，在激光的作用下实现微阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，包括试剂腔（1）、第一管路（4）、第二管路（9）和反应腔（8）；所述试剂腔（1）用于储存液体（3），该试剂腔（1）的出液端与第一管路（4）的一端连通，该第一管路（4）的另一端与第二管路（9）的一端通过常闭微阀（6）隔开，该第二管路（9）的另一端与反应腔（8）连通；所述第一管路（4）内具有空气柱（5），该空气柱（5）的一端接触常闭微阀（6），该空气柱（5）的另一端接触液体（3），所述第一管路（4）与第二管路（9）在常闭微阀（6）打开时连通。

【技术特征摘要】
1.一种微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，包括试剂腔（1）、第一管路（4）、第二管路（9）和反应腔（8）；所述试剂腔（1）用于储存液体（3），该试剂腔（1）的出液端与第一管路（4）的一端连通，该第一管路（4）的另一端与第二管路（9）的一端通过常闭微阀（6）隔开，该第二管路（9）的另一端与反应腔（8）连通；所述第一管路（4）内具有空气柱（5），该空气柱（5）的一端接触常闭微阀（6），该空气柱（5）的另一端接触液体（3），所述第一管路（4）与第二管路（9）在常闭微阀（6）打开时连通。2.根据权利要求1所述的微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，所述试剂腔（1）的顶部装有兼作活塞的柱塞（2）。3.根据权利要求1所述的微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，所述空气柱（5）的长度大于5mm。4.根据权利要求1所述的微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，所述第一管路（4）和第二管路（9）管径为100μm-1000μm，所述常闭微阀（6）的阀芯直径为100μm-1000μm；和/或所述常闭微阀（6）的阀芯沿着第一管路（4）或第二管路（9）长度方向的尺寸为100μm-1000μm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的微阀与液体之间的隔离系统，其特征在于，所述试剂腔（1）、第一管路（4）、第二管路（9）和反应腔（8）均开设在芯片基体（7）内，所述芯片基体（7）的至少一面由透光材料制成，所述常闭微阀（6）的阀芯、第一管路（4）的管壁和第二管路（9）的管壁均为同种材质制成，该芯片基体（7）由透光材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬鹏程，向苏民，黄常青，
申请(专利权)人：湖南乐准智芯生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43