有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置及其应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置及其应用方法，微流控芯片装置包括依次串联的多个微流混合单元(以下简称为单元)、一个待稀释样本输送装置和两个稀释剂输送装置；第一个单元的进液端对称连接有待稀释样本进液管和稀释剂进液管，两进液管分别与带稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置的输液管连接；后续单元进液端的稀释剂进液管并联，再通过总管与另一个稀释剂输送装置的输液管连接；每个单元均有一个稀释液出口，前一个单元混合后的稀释液大部分经出口流出，小部分进入下一个单元进一步稀释；控制三个输送装置的输送流速比例，使各单元的稀释液出口依次流出相差一个数量级浓度被稀释的样本溶液。

【技术实现步骤摘要】
有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置及其应用方法
本专利技术涉及一种微流控芯片，具体为一种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置及其应用方法。
技术介绍
在药物开发、组合化学、蛋白质结晶、合成生物学和临床诊断领域，自动化液体处理，分析和筛选正在引起越来越多的关注。生物医学样本的连续稀释是试验室基本的样本处理方式，溶质浓度的对数范围通常用于创建校准标准，也是一系列测试解决方案的基础。连续稀释过程涉及一系列移液操作且必须以高精度执行，虽然这对于经验丰富的技术人员来说很简单，但是对于普通的操作人员仍旧存在可能发生的错误及风险，因此自动化样本稀释技术对于生物医学分析操作具有重要意义。微流体技术提供了一种有效的方法通过操纵使微升甚至更少的化学和生物样本，利用其在带有微型泵，微型阀，微孔和微型管的微型芯片中的混合扩散流动，实现样本的自动稀释，能够实现条件的精确可控，保证稀释的准确性，为生物化学分析的提供足够的稳定性。基于微流体的快速高精度浓度稀释技术有助于芯片试验室的构建。已经具有许多基于微流体装置的样本稀释芯片的设计的报道，但是大多数仍旧将样本的稀释范围局限在一个数量级浓度内，这难以满足生物检测中的PCR以及菌液的多个数量级浓度稀释等应用。Zijlstra等人研发了一种能够产生五个数量级浓度梯度的微流控芯片用于低亲和性生物分子复合物的单分子光谱，能够在几毫秒的时间将浓缩的样本进行稀释，但是存在的问题是在入口处具有较大的压力降，达到10-20kPascal，从其模拟图可以看出，形成的溶液不均匀，稀释出的浓度梯度不是真正的数量级稀释，这对于常规的进液应用可能带来限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能真正的跨数量级连续稀释微流体的微流控芯片装置及其应用方法。本专利技术提供的这种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置，包括依次串联的多个微流混合单元、一个待稀释样本输送装置和两个稀释剂输送装置；第一个微流混合单元的进液端对称连接有待稀释样本进液管和稀释剂进液管，两进液管分别与带稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置的输液管连接；后续微流混合单元进液端的稀释剂进液管并联，再通过总管与另一个稀释剂输送装置的输液管连接；每个微流混合单元均有一个稀释液出口，前一个微流混合单元混合后的稀释液大部分经稀释液出口流出，小部分进入下一个微流混合单元进一步稀释；控制三个输送装置的输送流速比例，使各微流混合单元的稀释液出口依次流出相差一个数量级浓度被稀释的样本溶液。上述技术方案的一种实施方式中，所述微流混合单元的混合通道为蛇形弯曲通道。上述技术方案的一种实施方式中，最后一个微流混合单元设置有带堵塞的拓展接管。上述技术方案的一种实施方式中，所述待稀释样本输送装置和稀释剂输送装置分别包括精密注射泵和其连接的注射器，各注射器分别连接相应的输液管。本专利技术提供的这种利用上述微流控芯片对样本同时进行多个数量级浓度稀释的方法，包括以下步骤：(1)分别将带稀释样本和稀释剂分别装入相应的注射器中；(2)分别设定待稀释样本输送装置与第一个微流混合单元连接的稀释剂输送装置及另外一个稀释剂输送装置的输送速度比值为0.1～1：0.1～10：0.1～10；(3)同时启动三个输送装置的精密注射泵，使三个注射器以设定好的比例速度输送相应溶液，使每个微流混合单元的稀释液出口依次流出相差一个数量级浓度的稀释液。作为优选，步骤(2)中的输送速度比值选用1:9:10。本芯片将多个微流混合单元依次串联，第一个微流混合单元连接待稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置，后续微流混合单元的稀释剂进液接管并联后通过总管与另一个稀释剂输送装置连接，每个微流混合单元均有一个稀释液出口，第一个微流混合单元混合后的稀释液大部分从其稀释液出口流出，小部分进入第二个微流混合单元，依次类推。通过试验验证，通过控制各输送装置的输送速度比值，可使本芯片的入口压力控制在20Pascal左右，在很短的时间内即可使各微流混合单元稀释液出口流出的稀释液浓度依次相差一个数量级，实现跨数量级稀释的自动化，减少人为因素对于精密操作的干扰带来的对样本分析结果的影响，提高分析精度与稳定性；且能使各微流混合单元流出的稀释液为混合均匀的溶液，保证各出口流出稀释液浓度梯度为真正的数量级稀释，使常规的进液应用没有限制。附图说明图1为本实例验证微流混合单元结构选用合理的示意图。图2为本专利技术一个实施例的结构示意图。图3为本实施例四个数量级浓度稀释的计算流体仿真模拟浓度云图。图4为本实施例四个数量级浓度稀释的计算流体仿真模拟速度云图。图5为本实施例在粗略的速度搭配下的模拟出口浓度分布图。图6为本实施例在进一步的速度搭配下的模拟出口浓度分布图。图7为本实施例在最有模拟条件下的静态压力云图。图8为本实施例在最有模拟条件下进出口的静态压力云图。图9为本实施例第一个微流混合单元稀释剂进液口和待稀释样本进液口速度比值下的PH值图。图10为本实施例在固定第一个微流混合单元连接的稀释剂输送装置和待稀释样本输送装置输送速度比值下，配合调节另一个稀释剂输送装置的输送速度，测定四个出口的PH值图。图示序号：具体实施方式如图1所示，本实施例优选ZL201621081990.7公开的方波微动式被动混合器相似的芯片结构作为微流混合单元，但其混合通道的长度选用多长需经过试验验证。经过试验验证，将第一进液口的进液速度(VSample)与第二进液口的进液速度(VBuffer)调整至1:9，再经过选定的该微流体混合通道只需图2中所示长度即可实现样本一个数量级的稀释。因为混合样品和缓冲液的最终浓度遵循以下等式：这表明混合通道末端的浓度由样品和缓冲液的初始浓度确定，并且如果Cbuffer被认为是0，Csample被认为是1，并且所需的Cout被设置为0.1，那么Qsample/Qbuffer必须等于9：1。从理论上说，有了图1所示的试验验证，将四个相同结构的微流混合通道连接在一起，且另外在侧面增加一个稀释剂的进液通道，构成如图2所示的四个数量级稀释芯片的设计，就能使四个出口输出依次相差一个数量级浓度的样本溶液。如图2所示，本实施例公开的这种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置，包括依次串联的四个微流混合单元，一个待稀释样本输送装置和两个稀释剂输送装置。最后一个微流混合单元设置扩展口。第一个微流混合单元的进液端对称连接有待稀释样本进液管和稀释剂进液管，两进液管分别与带稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置的输液管连接。后续三个微流混合单元进液端的稀释剂进液管并联，再通过总管与另一个稀释剂输送装置的输液管连接。也就是其中一个稀释剂输送装置往第一个微流混合单元中输入稀释剂，而另一个稀释剂输送装置同时给后续三个微流混合单元中输入稀释剂。每个微流混合单元均有一个稀释液出口，前一个微流混合单元混合后的稀释液大部分经稀释液出口流出，小部分进入下一个微流混合单元进一步稀释。本实施例的微流控芯片相当于芯片主体的底部芯片上蚀刻上述串联的微流体通道，在盖片上设置三个进液口和四个出液口，三个进液口分别与相应的输送装置连接。本微流控芯片可由两块蚀刻了上述微流体通道的基底键合而成，基底可以采用玻璃、硅片、金属、陶瓷或者高分子材料等，微流体通道也可以采用3D打印技术加工而成。本实施例的三个输送装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置，其特征在于：它包括依次串联的多个微流混合单元、一个待稀释样本输送装置和两个稀释剂输送装置；第一个微流混合单元的进液端对称连接有待稀释样本进液管和稀释剂进液管，两进液管分别与带稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置的输液管连接；后续微流混合单元进液端的稀释剂进液管并联，再通过总管与另一个稀释剂输送装置的输液管连接；每个微流混合单元均有一个稀释液出口，前一个微流混合单元混合后的稀释液大部分经稀释液出口流出，小部分进入下一个微流混合单元进一步稀释；控制三个输送装置的输送流速比例，使各微流混合单元的稀释液出口依次流出相差一个数量级浓度被稀释的样本溶液。

【技术特征摘要】
1.一种有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置，其特征在于：它包括依次串联的多个微流混合单元、一个待稀释样本输送装置和两个稀释剂输送装置；第一个微流混合单元的进液端对称连接有待稀释样本进液管和稀释剂进液管，两进液管分别与带稀释样本输送装置和一个稀释剂输送装置的输液管连接；后续微流混合单元进液端的稀释剂进液管并联，再通过总管与另一个稀释剂输送装置的输液管连接；每个微流混合单元均有一个稀释液出口，前一个微流混合单元混合后的稀释液大部分经稀释液出口流出，小部分进入下一个微流混合单元进一步稀释；控制三个输送装置的输送流速比例，使各微流混合单元的稀释液出口依次流出相差一个数量级浓度被稀释的样本溶液。2.如权利要求1所述的有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装置，其特征在于：所述微流混合单元的混合通道为蛇形弯曲通道。3.如权利要求1所述的有多数量级浓度稀释功能的微流控芯片装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正春，石环环，高逢晓，董波，梁波，龙孟秋，徐慧，
申请(专利权)人：中南大学，长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43