本发明专利技术公开了一种微米级粒子高通量分选的微流控器件及其制作方法，器件上分选基片和功能基片顺序堆垛，样品入口和主分选流道连通，分岔流道的端部分别与分选出口、样品出口和主分选流道连通，每层分选基片的样品出口与下一层分选基片的样品入口堆叠封接。制作时对每层分选基片上的各个微流道通过微加工技术制成；在每层分选基片上打出的通孔作为粒子的入口；通过对准标记和键合技术实现分选基片的堆垛；键合后的分选基片上打出通孔作为粒子的出口；将功能基片和封装后的多层分选基片键合封装。本发明专利技术的微流道结构通过提高注入样品的流速，突破传统微流控芯片中低雷诺数的观念，利用微流体惯性效应来实现微米级生物粒子的高通量、连续流尺寸分选。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种基于微流体惯性效应的微流控器件及其制作方法，尤其涉及的是。
技术介绍
微流控技术作为一种微纳米尺度实现流体样品或微纳米粒子检测分析、操控、合成等功能的新技术，由于体积小、成本低及耗样量少等优点，已被广泛用于临床医学、生化分析、生物学等研究领域的检测与分析应用中。替代昂贵的传统柜式诊断分析设备，实现微纳米材料的高效输运、分选、提取、装配及混合等操控功能已成为微流控研究中一项重要的使能技术。而如何实现微尺度对象的高效分选对于单细胞分析及临床即时检验仪器 (Point-of-care testing, P0CT)的开发具有非常重要的实践运用价值。目前的微尺度分选技术按其机理可简要概括为以下几类第一类是从宏观过滤技术演化而来的微孔膜过滤技术或基于阻隔、错流结构的微筛分选技术，但该类技术存在通用性差、成本高及微结构易堵塞等问题；第二类是基于电、声、磁、光及外部流体的单场或多场复合分选技术，但该类技术一般存在外场耗能、不易集成微型化及损伤微纳米生物材料等缺陷；第三类是基于微柱阵列、壁面V型槽及缩扩阵列等复杂微结构的分选或提取技术，但该类技术仍存在加工工艺复杂、通用性差等不足。除上述三大类技术存在的问题和局限外，由于多数微流控芯片中较低的流速(雷诺数一般为10_6 IO1)和批量化的低效处理方式，使其通量受到了极大的限制，无法满足血浆提取及稀有细胞分选等大体积样品的处理需求。另外，目前大部分微流控分选芯片仅能实现两种尺寸粒子的分离。为克服该局限，近期的部分研究利用平面多分选单元功能集成来实现多尺寸粒子的顺序分选，但该类技术在较大程度上加大了芯片的尺寸，不利于芯片的集成微型化。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了，在不增加芯片尺寸前提下，实现多种不同尺寸微米级生物粒子的连续高效分选。技术方案本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术的器件包括功能基片和至少两层分选基片，所述分选基片和功能基片顺序堆垛，每层分选基片上设有样品入口、主分选流道、分岔流道、分选出口和样品出口，样品入口和主分选流道连通，分岔流道的端部分别与分选出口、样品出口和主分选流道连通，每层分选基片的样品出口与下一层分选基片的样品入口堆叠封接。所述主分选流道包括直流道和渐扩流道，样品入口和直流道连通，渐扩流道的小径端和直流道连通，渐扩流道的大径端和分岔流道连通。所述直流道的横截面为高深宽比矩形，使特定尺寸粒子可以平衡聚焦于长边(流道高度)中心附近。所述每层分选基片的直流道的横截面尺寸和该层最大粒子的尺寸关系为ap/Lc彡0. 07，其中，ap为该层最大粒子的直径；L。为直流道的特征尺寸。所述每层分选基片上设有对准标记，方便在制作多层分选基片时候的垂直对齐。所述分选基片的材质选自聚二甲基硅氧烷、特氟龙、聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8光刻胶、玻璃、硅和石英中的一种。所述功能基片为载玻片或电极。所述分岔流道和样品出口之间的连接流道为多边形，可以在基片较薄时减少上下层流体压力对基片微结构的影响。一种微米级粒子高通量分选的微流控器件的制作方法，包括以下步骤(1)对每层分选基片上的各个微流道通过微加工技术制作，可以通过软光刻或者其它加工手段实现；(2)在每层分选基片的样品入口处打出通孔作为粒子的入口 ；(3)通过对准标记和键合技术实现多层分选基片的堆垛和封装；(4)各层分选基片上的分选出口在与上层分选基片或多层分选基片键合封装后打出通孔作为粒子的出口；(5)将功能基片和封装后的多层分选基片键合封装。所述步骤中，最上层分选基片的分选出口在键合封装前打出通孔，最底层分选基片的样品出口在与上面多层分选基片键合后打出通孔作为最终样品的出口。本专利技术中，每层分选基片之间的关系为待分选或提纯样品通过外部流体驱动设备以特定流速由最上层分选基片的样品入口注入并经过最上层分选基片的主分选流道的处理，借助微流体惯性效应(惯性迁移)的作用将尺寸最大的粒子聚焦分离至分岔流道并由分选出口导出芯片；剩余粒子混合液由最上层分选基片的样品出口导入到第二层分选基片的样品入口 ；导入的剩余粒子混合悬浮液经过第二层分选基片主分选流道的处理后，剩余粒子混合悬浮液中尺寸最大的粒子仍由第二层分选基片的分岔流道通过分选出口导出芯片，经第二层分选基片处理后的剩余粒子混合液仍由第二层分选基片的样品出口继续导入第三层分选基片的样品入口，依次类推直至完成所有分选基片层主分选流道的处理，最后由底层分选基片的样品出口导出最终样品。各层分选基片的样品入口在键合封装前完成打孔，除最上层分选基片的样品入口处插入微管用于连接外部流体驱动设备外，其余各层分选基片的样品入口均与上一层的样品出口堆叠封接，用于导入经上层分选基片主分选流道分选处理的剩余粒子悬浮液。各层分选基片出口是否打通孔需根据其功能进行抉择，如出口的设置目的为向下一分选基片输出样品流则不需打孔，如需直接将样品流导出芯片则需在该层分选基片与上层分选基片或上面多层分选基片键合封装完毕后打孔(最上层基片在键合封装前打孔)，且需保证其它层分选基片在该位置无微结构存在。有益效果本专利技术相比现有技术具有以下优点，本专利技术的微流道结构通过适当提高注入样品的流速，突破传统微流控芯片中低雷诺数的观念，巧妙利用微流体惯性效应来实现微米级生物粒子的高通量、连续流尺寸分选，该技术仅需控制流道的横截面尺寸和流道总体长度，具有结构简单、无需借助外场、通量高、芯片制作成本低等优点；同时，本专利技术通过多层分选单元堆垛实现了多种不同尺寸粒子的同时高效分选；克服了常规分选技术只能分选或提纯两种不同尺寸粒子的局限；与现有平面多分选单元集成技术相比，具有易集成微型化等优点；本专利技术提出的器件和制作方法可广泛用于临床诊断、生物学研究、生化分析、环境监控等领域的检测对象高通量分选。附图说明图1是本专利技术上分选基片的俯视图；图2是本专利技术下分选基片的俯视图；图3是本专利技术的堆垛结构及通孔分布的立体图；图4是图3中A-A剖面结构示意图；图5是本专利技术上下分选基片堆垛后的俯视图；图6是本专利技术微流道粒子分选原理示意图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例的分选基片材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，也可用特氟龙、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、SU-8光刻胶、玻璃、硅或石英等聚合物和硬质材料来制作。不同的材料其对应的加工工艺、键合技术及成品器件的光学、电学特性也不相同，应根据实际加工制作条件及应用需求选择合适的芯片材质。本实施例中PDMS微结构分选基片借助软光刻技术制作，分选基片浇铸所用阳模采用SU-8无掩模光刻加工，该技术具有柔性高、制作成本低及加工周期短等优点。也可借助基于铬掩模/打印胶片掩模的光刻技术、硅的湿法/深反应离子刻蚀、超精密机加工、金属电镀及感光电路板的刻蚀加工等技术来制作阳模，但不同技术其所能达到的加工精度和横截面形状等特性也不相同，应根据分选对象及实际设备条件进行选择。本实施例是双层结构的微米级生物粒子高通量分选器件，使用软光刻技术(PDMS 模塑法结合无掩模光刻阳模加工技术)来制作两层含特定微结构的PDMS分选基片，在其他实施例中也可由三本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：项楠，倪中华，易红，陈云飞，陈科，孙东科，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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