具有环形反应通道的微流控芯片及微流控装置制造方法及图纸

本公开涉及具有环形反应通道的微流控芯片及微流控装置。微流控芯片包括进样口、与进样口连通的进样通道、与进样通道连通的毛细管泵和反应单元，反应单元包括：经由分样通道与进样通道连通的环形反应通道，反应通道包括光致形变材料使得微流体能够在反应通道的不对称光致形变产生的拉普拉斯压差作用下被驱动通过反应通道；连通结构，在一端与反应通道连通并且在另一端保持与大气连通，使得样本微流体进入连通结构后能够自封闭连通结构，其中，分样通道和反应通道的连接点与反应通道和连通结构的连接点彼此间隔开，进样通道的横截面积大于反应通道的横截面积大于连通结构的横截面积和分样通道的横截面积，反应通道的深度大于分样通道的深度。大于分样通道的深度。大于分样通道的深度。

【技术实现步骤摘要】
具有环形反应通道的微流控芯片及微流控装置


[0001]本公开涉及微流控
，并且更具体地，涉及一种微流控芯片及其操作方法、微流控装置和微流控设备。

技术介绍

[0002]微流控技术(Microfluidics)可以把生物、化学、医学分析过程的样本制备、反应、分离、检测等复杂微流体操作集成到一块十几平方厘米的芯片上，从而可以自动完成分析全过程，具有集成化程度高、处理通量大等多种优势。在传统的微流控芯片中，为了实现微量样本的量取需要设计复杂的流体通道，并且还需要设置外接动力的泵阀组件等来驱动和控制流体移动，不仅结构复杂、操作繁琐、难以实现便携化，还因为由这样的泵阀组件驱动的流体必须处于连续状态从而需要充满整个前置通道才能完成后端的量取操作，所以样本损耗大。因此，目前基于外接动力的泵阀组件的微流控芯片尚无法实现真正意义上的微量样本的量取。

技术实现思路

[0003]在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来确定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。
[0004]根据本公开的一方面，提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片包括微流控单元，所述微流控单元包括：进样口，被配置为接收样本微流体；进样通道，被配置为与进样口连通以从进样口接收样本微流体；毛细管泵，被配置为与进样通道连通以将样本微流体抽取通过并离开进样通道；以及一个或多个反应单元，每个反应单元包括：呈环形布置的反应通道，被配置为在进样口与毛细管泵之间经由与该反应单元对应的分样通道与进样通道连通以从进样通道接收与该反应单元对应的预设体积的样本微流体，其中，反应通道包括光致形变材料使得微流体能够在反应通道的不对称光致形变产生的拉普拉斯压差作用下被驱动通过反应通道，第一连通结构，被配置为在一端与反应通道连通并且在另一端保持与大气连通，使得样本微流体从分样通道经由反应通道进入第一连通结构后能够自封闭第一连通结构，其中，分样通道和反应通道的第一连接点与反应通道和第一连通结构的第二连接点沿反应通道的纵向中心线彼此间隔开，其中，进样通道的横截面积大于反应通道的横截面积，反应通道的横截面积大于第一连通结构的横截面积，反应通道的横截面积大于分样通道的横截面积，反应通道的深度大于分样通道的深度。
[0005]根据本公开的另一方面，提供了一种微流控装置，该微流控装置包括根据本公开的实施例所述的微流控芯片和被配置为向所述微流控芯片提供光照以控制所述微流控芯片中的微流体移动的光源。
[0006]根据本公开的又一方面，提供了一种微流控设备，包括：光控模块，所述光控模块
包括光源，所述光源被配置为向微流控芯片提供光照以控制所述微流控芯片中的微流体的移动，所述微流控芯片中的微流体是可光致驱动的；以及移动模块，所述移动模块被配置为移动所述微流控芯片以调节所述微流控芯片与所述光源的相对位置，使得所述微流控芯片选择性地局部受到所述光源的光照从而使得所述微流控芯片中的微流体被光致驱动，其中，所述光控模块被固定于所述移动模块上方。
[0007]通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
[0008]构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中阐述的实施例本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制本公开。当结合以下附图阅读时，可以清楚地理解以下对示例性实施例的详细描述，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：
[0009]图1至图5是示出根据本公开的一些实施例的微流控芯片的示意图；
[0010]图6是示出在根据本公开的实施例的微流控芯片中光致驱动微流体的非限制性示例过程的示意图；
[0011]图7和图8是示出根据本公开的一些实施例的微流控芯片的操作方法的流程图；
[0012]图9至图13是示出根据本公开的一些实施例的微流控装置的示意图；
[0013]图14是示出根据本公开的一些实施例的微流控设备的示意图；
[0014]图15是示出图14所示的微流控设备的移动模块的示意图；
[0015]图16是示出图14所示的微流控设备的光控模块的示意图。
具体实施方式
[0016]下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
[0017]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
[0018]另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0019]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0020]本公开在一方面提供了一种微流控芯片，其可以通过由毛细管泵产生的拉普拉斯压差作用(毛细作用力)来驱动流体，从而可以实现微量样本的无接触量取。由于根据本公开的微流控芯片无需借助外接动力的泵阀组件来驱动流体，因此对流体的连续性要求低，样本损耗低，微流控芯片及其配套设备的部件数量和整体体积也小。下面将结合附图详细
描述根据本公开的各种实施例的微流控芯片。应理解，实际的微流控芯片可能还包括其它部件，但为了避免模糊本公开的要点，本文不去讨论并且附图也未示出这些其它部件。还应理解，各种实施例可以相互组合，但为了说明的简洁性，附图仅示例性图示了这些实施例的一些组合。
[0021]图1示出了根据本公开的一些实施例的微流控芯片100。如图1所示，微流控芯片100包括微流控单元100U，微流控单元100U包括进样口101、进样通道102、毛细管泵103和反应单元110A
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110B。应理解，虽然图1示出了两个反应单元，但这仅仅是示例性的而非限制性的，微流控芯片100可以根据具体需要而包括一个、两个、三个或更多个反应单元。
[0022]进样口101被配置为接收样本微流体。进样通道102被配置为与进样口101连通以从进样口101接收样本微流体。例如，可以将样本微流体滴在进样口101处以充满进样口101，进而进入进样通道102中延伸一段距离。在本文中，横截面是指宽度和深度所在的平面，其与长度的方向垂直。在图1至图5中图示的平面是宽度和长度所在的平面，但要注意的是这些图是出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，所述微流控芯片包括微流控单元，所述微流控单元包括：进样口，被配置为接收样本微流体；进样通道，被配置为与进样口连通以从进样口接收样本微流体；毛细管泵，被配置为与进样通道连通以将样本微流体抽取通过并离开进样通道；以及一个或多个反应单元，每个反应单元包括：呈环形布置的反应通道，被配置为在进样口与毛细管泵之间经由与该反应单元对应的分样通道与进样通道连通以从进样通道接收与该反应单元对应的预设体积的样本微流体，其中，反应通道包括光致形变材料使得微流体能够在反应通道的不对称光致形变产生的拉普拉斯压差作用下被驱动通过反应通道，第一连通结构，被配置为在一端与反应通道连通并且在另一端保持与大气连通，使得样本微流体从分样通道经由反应通道进入第一连通结构后能够自封闭第一连通结构，其中，分样通道和反应通道的第一连接点与反应通道和第一连通结构的第二连接点沿反应通道的纵向中心线彼此间隔开，其中，进样通道的横截面积大于反应通道的横截面积，反应通道的横截面积大于第一连通结构的横截面积，反应通道的横截面积大于分样通道的横截面积，反应通道的深度大于分样通道的深度。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述微流控单元还包括连接在进样通道与毛细管泵之间的缓冲管，其中，缓冲管的横截面积大于进样通道的横截面积。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，第一连通结构包括在一端与对应的反应通道连通并且在另一端与大气连通的平衡通道，平衡通道的横截面积小于反应通道的横截面积，其中：平衡通道的末端被形成为对大气开放；或者平衡通道的末端包括具有垂直贯穿通孔以与大气连通的平衡腔。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，第一连通结构包括在一端与对应的反应通道连通并且在另一端与大气连通的主干以及从主干分出的具有封闭末端的分支。5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述一个或多个反应单元被配置为从进样通道接收不同预设体积的样本微流体。6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，分样通道的深度与反应通道的深度之差被配置为允许微流体在反应通道中跨过分样通道与反应通道的第一连接点移动。7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，分样通道的深度与反应通道的深度之比小于1：2。8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，分样通道的深度与反应通道的深度之比小于或等于1：4。9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述光致形变材料被配置为响应于受到光照而发生膨胀，使得反应通道的部分在受到光照时相比于未受到光照时具有更大的横截面积，从而在反应通道中朝着光照强度减小的方向驱动微流体；或者所述光致形变材料被配置为响应于受到光照而发生收缩，使得反应通道的部分在受到光照时相比于未受到光照时具有更小的横截面积，从而在反应通道中朝着光照强度增大的
方向驱动微流体。10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述光致形变材料包括光致形变液晶高分子材料，所述光致形变液晶高分子材料包括主链为聚环辛烯并且侧链包含偶氮苯的光响应线型液晶高分子材料。11.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，在反应通道中的一个或多个不同位置处储存有预置反应物，并且样本微流体能够在反应通道的不对称光致形变产生的拉普拉斯压差作用下被分别驱动至所述一个或多个不同位置中的每个位置以与该位置处的预置反应物接触并发生混合和/或反应。12.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述一个或多个反应单元中的一些或全部反应单元中的每个反应单元还包括：第二连通结构，被配置为在一端与反应通道连通并且在另一端与大气连通；检测通道，被配置为在一端与反应通道连通以从反应通道接收待检测的微流体，并且在另一端经由第三连通结构与大气连通，其中，反应通道和第二连通结构的第三连接点与第一连接点之间沿反应通道的纵向中心线的第一方向的第一距离大于第一连接点与第二连接点之间沿反应通道的纵向中心线的最小距离，第三连接点与第一连接点之间沿反应通道的纵向中心线的与第一方向相反的第二方向的第二距离大于第一连接点与第二连接点之间沿反应通道的纵向中心线的最小距离，其中，第二连通结构和第三连通结构中的每一者与大气的连通是可开关的，并且其中，反应通道的横截面积大于检测通道的横截面积。13.根据权利要求12所述的微流控芯片，其中，所述检测通道呈螺旋形布置。14.根据权利要求12所述的微流控芯片，其中，每个反应单元包括彼此间隔开的至少两个所述检测通道。15.根据权利要求12所述的微流控芯片，其中，检测通道被布置在反应通道的内侧。16.根据权利要求12所述的微流控芯片，其中，检测通道和反应通道的第四连接点与第一连接点重合。17.根据权利要求12所述的微流控芯片，其中，第二连通结构和第三连通结构中的每一者包括可对大气开放的开口，并且其中：在该开口处设置有挡板，该挡板在封闭该开口的第一位置和不封闭该开口的第二位置之间可移动；或者在该开口处设置有光致形变材料，该光致形变材料被配置为在未受到光照时不封闭该开口而在受到光照时发生光致形变以封闭该开口，或者被配置为在未受到光照时封闭该开口而在受到光照时发生光致形变以不封闭该开口。18.根据权利要求1至17中任一项所述的微流控芯片，包括：其上设置有进样口和与进样口连通的凹槽的基板；以及附接到基板的光致形变薄膜，所述光致形变薄膜至少部分地覆盖于凹槽之上从而与凹槽一起形成闭合通道，使得微流体能够在闭合通道的不对称光致形变产生的拉普拉斯压差作用下被驱动通过闭合通道，所述闭合通道至少提供所述反应通道。19.根据权利要求1至17中任一项所述的微流控芯片，还包括相互独立的多个所述微流
控单元。20.根据权利要求1至17中任一项所述的微流控芯片，其中，所述微流控芯片用于以下至少之一：免疫检测、生化检测、分子检测、聚合酶链式反应检测。21.一种用于操作根据权利要求1至20中任一项所述的微流控芯片的方法，包括：向进样口添加样本微流体以使所添加的样本微流体进入进样通道；在样本微流体自封闭所述一个或多个反应单元中的每个反应单...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞燕蕾，韦嘉，姜黎新，鲁遥，刘嘉，
申请(专利权)人：石家庄迪虹生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：