[发明专利]一种基于毛细作用的微泵及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于毛细作用的微泵及其使用方法，可应用于微生化反应器和芯片实验室。

背景技术

近年来，微流控系统作为一种新的技术平台，在生物和化学领域受到广泛关注，这类系统通常称为微型全分析系统(Micro Total Analysis Systems)或芯片实验室(Labs-on-a-Chip)，往往需要执行进样、混合、分离、检测等过程，这些过程大多离不开微流体的控制，在微流控系统中微流体的控制主要由微泵和微阀等基本单元来实现的。微泵作为微流体控制系统的核心部件，是实现微量液体供给和精确控制的动力元件，微泵的种类很多，大致可分为机械式微泵和非机械式微泵。机械式微泵往往依靠运动部件来传输、控制流体，而非机械式微泵则是依靠各种物理作用或效应将某种非机械能转变为微流体的动能实现微流体的驱动。按驱动原理，机械式微泵主要有压电式、热气动式、静电式、电磁式、形状记忆合金式等，这类微泵通常制造工艺较复杂、成本高、消耗功率大、长期工作的可靠性较差，且难以集成。非机械式微泵主要有电渗式、电浸润式、声波式、磁流体式、蒸发式等，这类微泵在可靠性方面具有一定优势，不会出现机械式微泵长期工作情况下的膜形变疲劳等问题，但这类微泵需要复杂的驱动电路或设备，这类外加部件往往增加了系统的复杂性，降低了系统的可便携性，从而限制了微流体系统的应用范围。近年来，快速、高通量的生化筛选和检测对系统的微型化、集成化和成本提出了更高的要求，因此，迫切需要发展一种结构简单、易于集成、低成本、低能耗的微阀来适应微型生化分析系统的发展形势。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于毛细作用的微泵及其使用方法，所述的微泵具有结构简单、低成本、无能耗、易于集成的优点，可应用于微流控系统中微流体的简便控制。

本发明提供的一种基于毛细作用的微泵，其特征在于：所述微泵为一种单向和一次性的气压驱动泵，该微泵由毛细泵腔、分隔阀、进样微管道和储液微腔组成，其中毛细泵腔为一个微管道网络，该网络由一组平行的或相互交织的微管道组成，其最小特征尺寸小于分隔阀和进样微管道；所述的最小特征尺寸指圆形微管道直径或矩形微管道中高和宽两者相对较小的那一维的尺寸；分隔阀为一段连接毛细泵腔和进样微管道的微管道或微腔，其剖面横截面相对于两侧连通管道横截面至少在一个方向上发生扩张，利用横截面突变导致的水/气界面曲率变化发挥毛细微阀限流功能；进样微管道为一段处于进样口和储液微腔之间的微管道，待驱动样品液体或试剂液体与其至少一面管壁接触角小于90°，且进样管道中间某一部位通过侧向连接管道与分隔阀相连；其中，分隔阀与进样口之间的进样微管道流阻大于分隔阀与储液微腔之间的进样微管道流阻。同时，所述的储液微腔为一个培养腔或反应腔，位于进样微管道终端，其剖面横截面相对于进样微管道连接口横截面至少在一个方向上发生扩张，利用横截面突变导致的水/气界面曲率变化发挥毛细微阀限流功能。

本发明说提供的微泵的使用方法，包括：1)在进样口处中加入样品液体或试剂液体，样品液体或试剂液体在毛细作用力的驱动下充满进样微管道，并因毛细微阀限流作用，样品液体或试剂液体前进液面停止于进样微管道与分隔阀和储液微腔的连接处；2)在毛细泵腔入口加入驱动液体，利用液体在微管道网络中的毛细作用力压缩泵腔内空气产生驱动压强，分割并推动进样微管道样品液体或试剂液体克服毛细阀阻力进入储液微腔。其中驱动液体与构成毛细泵腔的微管道网络管壁的接触角小于或等于样品液体或试剂液体与进样微管道管壁的接触角。