基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片及控制方法，包括芯片本体；芯片本体包括由下至上依次叠合布置的气体结构层、薄膜层、流体结构层和盖片；芯片本体上具有离心实验单元；离心实验单元包括开设在流体结构层上的混合池、缓冲池和收集池，混合池距离芯片本体离心转动中心的距离小于缓冲池距离芯片本体离心转动中心的距离；流体结构层上开设有连通混合池、缓冲池和收集池的三通流道；三通流道靠近混合池的一端下部的气体结构层上开设有第一气阀腔，气体结构层上开设有与第一气阀腔连通的第一气阀通道；三通流道靠近收集池的一端下部的气体结构层上开设有第二气阀腔，气体结构层上开设有与第二气阀腔连通的第二气阀通道。的第二气阀通道。的第二气阀通道。

【技术实现步骤摘要】
基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片及控制方法


[0001]本专利技术涉及生物化学检测领域及微流控芯片
，更具体的说是涉及一种基于气阀调节用于泵送液体的离心式微流控芯片系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]离心式微流控芯片借助离心力为液体的移动提供径向向外的驱动力，驱使液体经过流体通道到达径向外部的位置。与其他驱动原理相比，离心力驱动微流体的主要优点包括：
[0003]1、流速稳定易调，通过调节旋转频率可以很容易地调节驱动力的大小，从而精准控制从纳升到数百微升的液体；
[0004]2、设备简单，并且可同时驱动多个单元，有利于实现高通量分析。
[0005]利用离心式微流控芯片可将液体混合、转移、阀门控制及定量分液等操作集成化并实现过程运行的自动化，离心式微流控芯片在医疗诊断、食品卫生及环境检测等领域具有广阔的应用前景。
[0006]但是，在离心力驱动下，液体只能径向向外移动，导致流体移动路径受到离心式芯片半径的限制。虽然可以通过流体通道设计成螺旋状以加长其移动路径，但大多数生化分析实验需要进行复杂的样品预处理以及多步骤反应，这会消耗掉大部分离心式芯片的空间。特别是当液体试剂预存储的情况下，所有液体须靠近旋转中心储存及释放，此时对芯片的空间限制更大。因此实现液体径向向内移动对于离心式微流控芯片实现多功能集成化是必需的。目前用于径向向内泵送液体的方法主要有以下几种：
[0007]1、借助于外部加热装置加热芯片内部空气生成气泡并在离心作用下实现液体径向向内的驱动，但其所需的装置要求精密复杂的控制且制作成本较高；
[0008]2、借助于外部压力源将芯片内液体从外径向向内驱动，然而其液体驱动速度慢，会延长整体实验所需时间；
[0009]3、不借助外部装置，在芯片内设置具有不同流体阻力的通道，通过离心压缩可压缩介质之后，降低离心频率后液体将通过最低阻力的通道溢出，以此实现液体径向向内的转移，但是该方法对于芯片的几何结构设计及加工精度要求高。
[0010]因此，开发一种结构简单、易操作且性能稳定的能将液体径向向内泵送的离心式微流控芯片系统具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片及控制方法，旨在解决上述技术问题。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，包括芯片本体；所述芯片本体包括由下至上依次叠合布置的气体结构层、薄膜层、流体结构层和盖片；所述芯片本体上具
有离心实验单元；所述离心实验单元包括开设在所述流体结构层上的混合池、缓冲池和收集池，所述混合池距离所述芯片本体离心转动中心的距离小于所述缓冲池距离所述芯片本体离心转动中心的距离；所述流体结构层上开设有连通所述混合池、所述缓冲池和所述收集池的三通流道；所述三通流道靠近所述混合池的一端下部的所述气体结构层上开设有第一气阀腔，所述气体结构层上开设有与所述第一气阀腔连通的第一气阀通道；所述三通流道靠近所述收集池的一端下部的所述气体结构层上开设有第二气阀腔，所述气体结构层上开设有与所述第二气阀腔连通的第二气阀通道。
[0014]通过上述技术方案，本专利技术避免了传统离心式微流控芯片内部液体只能径向向外移动的限制；另外液体的储存位置不再限制于芯片内圈靠近旋转中心的区域，提高了芯片结构设计的自由度；使用该结构的离心式微流控芯片可将已经过复杂预处理后移动到芯片外圈的样品液体或者预封装在芯片外圈的试剂液体径向向内泵送，以进行后续的反应或检测实验。
[0015]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述第一气阀通道远离所述第一气阀腔的一端在所述气体结构层底面形成第一进气口，所述第二气阀通道远离所述第二气阀腔的一端在所述气体结构层底面形成第二进气口；所述第一进气口和所述第二进气口分别连接不同的控制气泵。通过不同的控制气泵可以对第一气阀腔和第二气阀腔进行不同的控制，更便于对实验过程的操控。
[0016]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述离心实验单元还包括开设在所述流体结构层上，且依次与所述混合池连通的进样池和试剂池；所述进样池和所述试剂池依次向远离所述缓冲池的方向布置。反应所需试剂加入试剂池，样品加入进样池，试剂由试剂池流经样品池进入混合池与样品混合。
[0017]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述芯片本体上的所述离心实验单元的数量为多个，且呈环形环绕布置在所述芯片本体上。所述芯片本体为圆形盘体，所述离心实验单元的数量为5个。使用该芯片可实现5个单元同时工作，实际应用中可根据需要相应地增加离心实验单元以满足检测通量的需求。
[0018]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，多个所述离心实验单元的所述第一气阀通道串联，并共用所述第一进气口进行统一控制；多个所述离心实验单元的所述第二气阀通道串联，并共用所述第二进气口进行统一控制。能够实现统一协调控制，操控更方便。
[0019]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述气体结构层、所述流体结构层和所述盖板均为可以由任何合适的材料形成，如PMMA、PC、PS、PDMS或玻璃等；所述薄膜层为任何合适的弹性材料，如TPE、PDMS或硅胶等。能够满足材质的使用需求。
[0020]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述第一气阀腔和所述第二气阀腔均为开设在所述气体结构层顶面的腔体，位于所述第一气阀腔和所述第二气阀腔上方的所述三通流道均具有格挡块，所述格挡块隔断所述三通流道，当所述第一气阀腔和所述第二气阀腔内部充气膨胀时，使得所述薄膜层膨胀变形，在所述隔断块两侧将所述三通流道封堵，当所述第一气阀腔和所述第二气阀腔内部抽气收缩时，使得所述薄膜层收缩变形，所述隔断块底面与所述薄膜层形成流通间隙。通过薄膜层的膨胀或收
缩变形，能够控制气阀腔的开启和关闭，操控更简单。
[0021]优选的，在上述一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片中，所述第一气阀腔和所述第二气阀腔均为开设在所述气体结构层顶面的腔体，位于所述第一气阀腔和所述第二气阀腔上方的所述三通流道均为倒扣的碗状槽；所述第一气阀通道和所述第二气阀通道均开设在所述气体结构层的底面，并通过底板封闭所述气体结构层的底面；所述第一气阀通道和所述第二气阀通道与对应的所述第一气阀腔和所述第二气阀腔连通；当所述第一气阀腔和所述第二气阀腔内部充气膨胀时，使得所述薄膜层膨胀变形封堵所述碗状槽；当所述第一气阀腔和所述第二气阀腔内部抽气收缩时，使得所述薄膜层收缩变形避让所述碗状槽。使用该结构的气阀门结构避免了气体通道与流体通道存在除气阀门以外交叉重叠的情况，从而降低因气体穿透薄膜而对流体通道内液体的影响。
[0022]本专利技术还提供了一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片的控制方法，包括以下步骤：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，包括芯片本体(1)；所述芯片本体(1)包括由下至上依次叠合布置的气体结构层(2)、薄膜层(3)、流体结构层(4)和盖片(5)；所述芯片本体(1)上具有离心实验单元(6)；所述离心实验单元(6)包括开设在所述流体结构层(4)上的混合池(7)、缓冲池(8)和收集池(9)，所述混合池(7)距离所述芯片本体(1)离心转动中心的距离小于所述缓冲池(8)距离所述芯片本体(1)离心转动中心的距离；所述流体结构层(4)上开设有连通所述混合池(7)、所述缓冲池(8)和所述收集池(9)的三通流道(10)；所述三通流道(10)靠近所述混合池(7)的一端下部的所述气体结构层(2)上开设有第一气阀腔(11)，所述气体结构层(2)上开设有与所述第一气阀腔(11)连通的第一气阀通道(12)；所述三通流道(10)靠近所述收集池(9)的一端下部的所述气体结构层(2)上开设有第二气阀腔(13)，所述气体结构层(2)上开设有与所述第二气阀腔(13)连通的第二气阀通道(14)。2.根据权利要求1所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，所述第一气阀通道(12)远离所述第一气阀腔(11)的一端在所述气体结构层(2)底面形成第一进气口(15)，所述第二气阀通道(14)远离所述第二气阀腔(13)的一端在所述气体结构层(2)底面形成第二进气口(16)；所述第一进气口(15)和所述第二进气口(16)分别连接不同的控制气泵。3.根据权利要求1所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，所述离心实验单元(6)还包括开设在所述流体结构层(4)上，且依次与所述混合池(7)连通的进样池(17)和试剂池(18)；所述进样池(17)和所述试剂池(18)依次向远离所述缓冲池(8)的方向布置。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体(1)上的所述离心实验单元(6)的数量为多个，且呈环形环绕布置在所述芯片本体(1)上。5.根据权利要求4所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，多个所述离心实验单元(6)的所述第一气阀通道(12)串联，并共用所述第一进气口(15)进行统一控制；多个所述离心实验单元(6)的所述第二气阀通道(14)串联，并共用所述第二进气口(16)进行统一控制。6.根据权利要求4所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体(1)为圆形盘体，所述离心实验单元(6)的数量为5个。7.根据权利要求1所述的一种基于气阀调节的泵送液体离心式微流控芯片，其特征在于，所述气体结构层(2)、所述流体结构层(4)和所述盖板(5)均为PMMA、PC、PS、PDMS或玻璃材质；所述薄膜层(3)为TPE、PDMS或硅胶材质。8.根据权利要求1
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3和5
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6中任一项所述的一种基于气阀调节的泵送液...

【专利技术属性】
技术研发人员：金迪琼，黄梦诗，叶嘉明，
申请(专利权)人：杭州霆科生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：