具有三维聚焦功能的单层微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，包括单层微流控芯片主体、设置在所述单层微流控芯片主体内的主流道和聚焦模块，所述聚焦模块包括与所述主流道连通的样品管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在垂直方向上聚焦的第一鞘液管路和第二鞘液管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在水平方向上聚焦的第三鞘液管路和第四鞘液管路。本发明专利技术的通过第一鞘液管路和第二鞘液管路中的鞘液实现样品流在XZ平面内的聚焦，再通过第三鞘液管路和第四鞘液管路实现XY平面内的聚焦，从而实现三维聚焦，使样品在主流道中呈单列流动，不仅能提高分析和分选的精度，而且结构简单，成本较低。

【技术实现步骤摘要】
具有三维聚焦功能的单层微流控芯片
本专利技术涉及微流控芯片领域，特别涉及一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片。
技术介绍
现代生命科学的发展离不开研究手段的创新与进步，特别是微米或者亚微米尺度的微粒的分离、分析和测试方法的发展极大的促进了现代生命科学向更高、更深入和更精细的层次发展。自1990年，科学家首次提出微型全分析系统，微流控技术已经逐渐成为当前微观领域分析的重要发展前沿，它可以把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应等操作集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程，这被称为“芯片实验室”。“芯片实验室”有着体积轻巧、使用样品及试剂量少等多种优点，目前已经在生命科学和分析化学等领域得到广泛的应用。流式微粒技术能够对处在快速流动状态中的微粒或生物颗粒进行多参数、定量分析或分选，而随着微流控芯片技术的发展，微流控芯片逐渐成为流式微粒技术中不可分离的一部分。常规的微流控芯片往往通过鞘液包裹样品，来实现样品流的聚焦。而传统制作的微流体芯片都是基于平面设计加工的，在垂直于基片方向是等深的，因而样本只能在沿平行于基片的平面方向聚集排列，而无法在垂直于基片方向实现有效的聚集排列，基于这种设计的微流控芯片只能实现所谓的“一维聚焦”，降低了分析和分选的精度。为了解决这种微流控芯片上的三维聚焦问题，往往需要通过多层芯片叠加的方法来实现三维聚焦，但这种方法结构复杂，设计难度大，加工成本，在实际的应用中并不能得到很好的推广。另一方面，现有的微流控芯片出口通道一般至少包括一个分选通道和废液通道，这样在两个出口通道的交叉口会形成相对于流体流动方向的凸起，在凸起区域形成流动中驻点，这种驻点的存在致使细胞或者微粒粘附上面，进而引起细胞或者微粒的聚集，导致稳定的微流体流动状态发生改变，使分析或者分选精度下降，同时也会引起流道拥堵，样品污染，纯度下降等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，包括单层微流控芯片主体、设置在所述单层微流控芯片主体内的主流道和聚焦模块，所述聚焦模块包括与所述主流道连通的样品管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在垂直方向上聚焦的第一鞘液管路和第二鞘液管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在水平方向上聚焦的第三鞘液管路和第四鞘液管路：所述第一鞘液管路与所述主流道在同一条流线上，所述第二鞘液管路和样品管路平行且垂直于所述主流道，所述样品管路、第一鞘液管路和第二鞘液管路的轴线在同一平面内；沿所述主流道内的样品流的运动方向，所述样品管路处于所述第一鞘液管路的前方；所述第三鞘液管路和第四鞘液管路对称分布在所述主流道两侧。优选的是，所述样品管路和第二鞘液管路的直径相同，且不小于所述主流道的宽度。优选的是，所述第一鞘液管路和第二鞘液管路中的鞘液流量相等，且均不小于所述样品管路中的样品流量。优选的是，所述第三鞘液管路和第四鞘液管路的轴线在同一平面内。优选的是，所述第三鞘液管路和第四鞘液管路与所述主流道之间的夹角均为90°。优选的是，所述主流道为矩形流道，其宽度为50～200微米,深度为50～200微米；样品管路和第二鞘液管路为柱形管路，两者的直径均为100～200微米。优选的是，其特征在于，还包括设置在所述主流道上的分选模块，所述主流道通过所述分选模块后在所述单层微流控芯片主体的出口端分叉形成两个出液流道，所述两个出液流道之间设有与所述主流道连通的逆流鞘液流道，所述逆流鞘液流道中通入与所述主流道内流体的运动方向相反的逆流鞘液。优选的是，所述两个出液流道之间的夹角为0-180°，所述两个出液流道对称分布于所述主流道的两侧；所述逆流鞘液的流量小于通过所述分选模块后的所述主流道内的流量。优选的是，所述两个出液流道交叉处的主流道的内设置有导流装置，所述导流装置处于所述主流道与所述逆流鞘液流道的交汇处；所述导流装置包括相互连接的两块导流片，所述两块导流片之间的夹角与所述两个出液流道之间的夹角相同，所述两块导流片对称分布于所述逆流鞘液流道的中心线两侧，且所述两块导流片分别与所述两个出液流道平行；所述导流片上沿厚度方向垂直贯穿开设有锥形导流孔，且所述锥形导流孔的尺寸由靠近所述逆流鞘液流道的一侧向靠近所述主流道的一侧逐渐减小。优选的是，所述两块导流片与所述逆流鞘液流道之间还设置有分流片，其用于将逆流鞘液分割形成两股以分别流向所述两块导流片；所述分流片的中心线与所述逆流鞘液流道的中心线重合，且所述分流片的两侧对称设置有两倾斜导流面。本专利技术的有益效果是：本专利技术的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片通过第一鞘液管路和第二鞘液管路中的鞘液实现样品流在XZ平面内的聚焦，再通过第三鞘液管路和第四鞘液管路实现XY平面内的聚焦，从而实现三维聚焦，使样品在主流道中呈单列流动，不仅能提高分析和分选的精度，而且结构简单，成本较低。本专利技术通过逆流鞘液的设置可解决现有技术中细胞或者微粒粘附在V字形壁面的问题，能防止流道阻塞，提高分析或者分选精度。本专利技术的导流片的设置能对交汇处的主流道流体和逆流鞘液进行引导，保持微流控芯片主体内流体的稳定流动状态，进一步防止细胞或者微粒在V字形壁面上粘附。附图说明图1为本专利技术的实施例1中的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片的结构示意图；图2为本专利技术的实施例1中的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片内的流道的结构示意图；图3为本专利技术的实施例1中的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片的俯视方向的结构示意图；图4为本专利技术的实施例2中的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片的结构示意图；图5为本专利技术的实施例3中的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片的结构示意图；图6为本专利技术的实施例3中的导流装置的局部放大结构示意图；图7为本专利技术的实施例3中的导流片的结构示意图；图8为本专利技术的实施例3中的导流片的剖视结构示意图。附图标记说明：1—单层微流控芯片主体；2—聚焦模块；3—分选模块；4—主流道；5—出液流道；6—逆流鞘液流道；7—样品入口；8—导流装置；9—分流片；20—样品管路；21—第一鞘液管路；22—第二鞘液管路；23—第三鞘液管路；24—第四鞘液管路；50—分选通道；51—废液通道；80—导流片；81—锥形导流孔；83—导流片的第一侧表面；84—导流片的第二侧表面；90—倾斜导流面。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。实施例1如图1-2所示，本实施例的一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，包括单层微流控芯片主体1、设置在单层微流控芯片主体1内的主流道4和聚焦模块2，聚焦模块2包括与主流道4连通的样品管路20、与主流道4连通的用于实现主流道4中的样品流在垂直方向(图中XZ平面)上聚焦的第一鞘液管路21和第二鞘液管路22、与主流道4连通的用于实现主流道4中的样品流在水平方向(图中XY平面)上聚焦的第三鞘液管路23和第四鞘液管路24：第一鞘液管路21与主流道4在同一条流线上，第二鞘液管路22和样品管路20平行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，包括单层微流控芯片主体、设置在所述单层微流控芯片主体内的主流道和聚焦模块，其特征在于，所述聚焦模块包括与所述主流道连通的样品管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在垂直方向上聚焦的第一鞘液管路和第二鞘液管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在水平方向上聚焦的第三鞘液管路和第四鞘液管路：所述第一鞘液管路与所述主流道在同一条流线上，所述第二鞘液管路和样品管路平行且垂直于所述主流道，所述样品管路、第一鞘液管路和第二鞘液管路的轴线在同一平面内；沿所述主流道内的样品流的运动方向，所述样品管路处于所述第一鞘液管路的前方；所述第三鞘液管路和第四鞘液管路对称分布在所述主流道两侧。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，包括单层微流控芯片主体、设置在所述单层微流控芯片主体内的主流道和聚焦模块，其特征在于，所述聚焦模块包括与所述主流道连通的样品管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在垂直方向上聚焦的第一鞘液管路和第二鞘液管路、与所述主流道连通的用于实现主流道中的样品流在水平方向上聚焦的第三鞘液管路和第四鞘液管路：所述第一鞘液管路与所述主流道在同一条流线上，所述第二鞘液管路和样品管路平行且垂直于所述主流道，所述样品管路、第一鞘液管路和第二鞘液管路的轴线在同一平面内；沿所述主流道内的样品流的运动方向，所述样品管路处于所述第一鞘液管路的前方；所述第三鞘液管路和第四鞘液管路对称分布在所述主流道两侧。2.根据权利要求1所述的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，其特征在于，所述样品管路和第二鞘液管路的直径相同，且不小于所述主流道的宽度。3.根据权利要求2所述的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，其特征在于，所述第一鞘液管路和第二鞘液管路中的鞘液流量相等，且均不小于所述样品管路中的样品流量。4.根据权利要求1所述的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，其特征在于，所述第三鞘液管路和第四鞘液管路的轴线在同一平面内。5.根据权利要求4所述的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，其特征在于，所述第三鞘液管路和第四鞘液管路与所述主流道之间的夹角均为90°。6.根据权利要求2所述的具有三维聚焦功能的单层微流控芯片，其特征在于，所述主流道为矩形流道，其宽度为50～200微米,深度为50～200微米；样品管路和第二鞘液管路为柱形管...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋飞飞，王策，马玉婷，吴云良，陈忠祥，裴智果，严心涛，钟金凤，王红梅，闫龙，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32