一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，涉及微流控技术领域，包括由上至下依次密封贴合布置的第一分配层、第二分配层和阀门控制层；第一分配层和第二分配层的底面均由旋转中心向边沿开设有进样腔和进样通道，进样通道上连通有多个定量池和一个废液池，多个定量池均连通有转移通道；第一分配层顶面开设有第一进样口和第二进样口；第二分配层的转移通道连通有第二反应池，第一分配层的转移通道的末端与第二分配层的转移通道连通；阀门控制层控制转移通道汇集点与第二反应池的通断。本发明专利技术采用多层结构，于互相独立的芯片层上分别设置相应的定量池及转移通道，操作简便，精准形成目标浓度梯度的药物溶液，检测所需时间短。检测所需时间短。检测所需时间短。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片


[0001]本专利技术涉及微流控
，更具体的说是涉及一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片。

技术介绍

[0002]微流控技术是指利用微米级别的结构操控皮升到微升级体积的液体的技术，具有试剂消耗低、分析微型化、可集成化、易于控制与自动化等优点。
[0003]与传统方法相比，浓度梯度微流控芯片能更精确地控制微纳体积的样品试剂，所获得的梯度更精确可控，也有效减少了试剂与样品的使用量。另一方面，浓度梯度微流控芯片通过灵活的通道或结构设计可适应不同的浓度梯度需求，能快速制备稳定的浓度梯度，并且极大减少复杂繁冗的操作。另外，浓度梯度微流控芯片上还可集成具有样品前处理和检测功能的结构单元，实现功能集成化。因此浓度梯度微流控芯片在微生物药敏检测、药物筛选、毒理研究等众多领域都得到了广泛的应用。
[0004]传统的浓度梯度建立主要通过人工操作在多孔板上进行，具有操作复杂、容易引入误差、人工成本高等缺点。常见的浓度梯度微流控芯片主要采用“圣诞树模型”，其工作原理为基于层流效应和扩散现象构建特定的浓度梯度。但这种结构只能对单一溶液进行浓度梯度稀释，无法进行多种药物组合；另外由于流体的扩散与通道结构的尺寸密切相关，因此其对芯片的加工精度要求很高。也有文章报道了一种离心式微流控芯片用于建立浓度梯度，通过对计量室的尺寸设计控制进入混液室的体积，从而实现浓度梯度的建立。但其定量结构、转移通道及反应池均在同一层，受限于离心式芯片有限的空间位置，芯片上能形成的浓度梯度数量、药物数量/种类有限。
[0005]因此，如何提供一种可快速稳定形成浓度精确可控的浓度梯度的微流控芯片，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，旨在解决上述技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，包括：由上至下依次密封贴合布置的第一分配层、第二分配层和阀门控制层；
[0009]所述第一分配层和所述第二分配层的底面均由旋转中心向边沿开设有依次连通的进样腔和进样通道，所述进样通道上由靠近所述进样腔的一端向另一端依次连通有多个定量池和一个废液池，所述定量池和所述废液池向远离所述进样腔的方向布置；多个所述定量池均连通有向远离所述进样腔方向布置的转移通道；
[0010]所述第一分配层顶面开设有第一进样口和第二进样口，所述第一进样口与所述第一分配层的所述进样腔连通，所述第二进样口穿过所述第一分配层与所述第二分配层的所
述进样腔连通；
[0011]所述第二分配层的所述转移通道向远离所述定量池方向连通有第二反应池，所述第一分配层的所述转移通道远离所述定量池的末端与所述第二分配层的所述转移通道连通；
[0012]所述阀门控制层控制所述第一分配层和所述第二分配层的所述转移通道汇集点与所述第二反应池的通断。
[0013]通过上述技术方案，本专利技术提供的微流控芯片采用多层结构，于互相独立的芯片层上分别设置相应的定量池及转移通道，实现各试剂溶液独立定量与转移，只需加入一定量的不同的检测液体，经过两步离心即可自动形成特定的浓度梯度的药物溶液，并将细胞悬液等量分配至不同浓度的药物溶液中，孵育一段时间后对反应池进行检测。操作简便，精准形成目标浓度梯度的药物溶液，检测所需时间短，多张芯片同时工作可提高检测通量。
[0014]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，所述阀门控制层包括与所述第二分配层依次密封贴合的膜层和气控层；所述气控层顶面开设有气控腔室，所述气控腔室与所述转移通道的汇集点对应，所述气控层底面开设有与所述气控腔室连通的气源接口。本专利技术通过膜层和气控层的配合实现类阀控制，当气控腔室内保持正压时，气控阀门为关闭状态时，膜层弹性鼓起；当气控腔室内气压为0或是负压时，气控阀门为打开状态，控制简单方便。
[0015]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，所述第一分配层上开设有与所述第二反应池对应的第一反应池，所述第一反应池与所述第二反应池连通且形成封闭的腔室。通过开设第一反应池，可以增大反应池的面积，为溶液反应提供足够的空间。
[0016]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，所述第一分配层、所述第二分配层和所述阀门控制层整体呈扇形或圆形，所述进样腔、所述进样通道和所述转移通道由圆心向边沿呈发散状布置，所述进样通道为弧形。通过扇形或圆形的结构设计，便于进行旋转离心操作，弧形的进样通道能够为定量池提供等同的离心位置，便于离心的均匀稳定。
[0017]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，所述第一分配层或所述第二分配层上的多个所述定量池的体积相同，或者多个所述定量池的体积由小到大依次递增，或者多个所述定量池的体积由大到小依次递减。通过对定量池的尺寸设计，控制不同液体进入反应池的体积，形成特定的药物浓度梯度，根据不同的实验需要，可灵活改变各定量池的尺寸从而得到不同的药物浓度梯度。
[0018]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，所述第一分配层的数量为多个。通过增加一个或多个第一分配层，即可实现微生物药敏检测、多种药物组合筛选、药物对多种细胞共培养的影响研究等应用。
[0019]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，最上层的所述第一分配层上开设有多个第一进样口，多个所述第一进样口分别穿过所述第一分配层与对应的所述进样腔连通。设置多个第一进样口可以对不同的第一分配层和第二分配层实现分别进样。
[0020]优选的，在上述一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片中，最上层
的所述第一分配层与所述第二分配层之间的所述第一分配层上开设有通过孔，所述通过孔将所述转移通道的末端与所述第二分配层的所述转移通道的汇集点连通，能够实现不同的第一分配层与第二分配层的转移通道的汇集点的连通。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术使用该芯片可快速稳定形成浓度精确可控的浓度梯度，通过对定量池的尺寸设计，在离心力的驱动下快速形成特定浓度梯度的药物溶液，避免了手动移液的操作误差，在更精准控制混合后的样品浓度的同时，极大降低了工作量、缩短了实验时间。
[0023]2、本专利技术的各层结构中定量池后的转移通道通过贯穿孔的设计汇聚于最下层流体结构的转移通道，并于此处设置气控阀门，以有效控制液体转移通道的开关。与常规的毛细管阀结构相比，本专利技术中气控阀门具有以下3点优势：1)仅需要单个气控阀门，即可阻断多层液体的转移，简化芯片结构；2)不受离心转速的影响，在低转速或高转速下均能保证对液体转移的阻断；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，其特征在于，包括：由上至下依次密封贴合布置的第一分配层、第二分配层和阀门控制层；所述第一分配层和所述第二分配层的底面均由旋转中心向边沿开设有依次连通的进样腔和进样通道，所述进样通道上由靠近所述进样腔的一端向另一端依次连通有多个定量池和一个废液池，所述定量池和所述废液池向远离所述进样腔的方向布置；多个所述定量池均连通有向远离所述进样腔方向布置的转移通道；所述第一分配层顶面开设有第一进样口和第二进样口，所述第一进样口与所述第一分配层的所述进样腔连通，所述第二进样口穿过所述第一分配层与所述第二分配层的所述进样腔连通；所述第二分配层的所述转移通道向远离所述定量池方向连通有第二反应池，所述第一分配层的所述转移通道远离所述定量池的末端与所述第二分配层的所述转移通道连通；所述阀门控制层控制所述第一分配层和所述第二分配层的所述转移通道汇集点与所述第二反应池的通断。2.根据权利要求1所述的一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，其特征在于，所述阀门控制层包括与所述第二分配层依次密封贴合的膜层和气控层；所述气控层顶面开设有气控腔室，所述气控腔室与所述转移通道的汇集点对应，所述气控层底面开设有与所述气控腔室连通的气源接口。3.根据权利要求1所述的一种具有多层模块化浓度梯度形成结构的微流控芯片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶嘉明，黄梦诗，
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：