[发明专利]一种声表面波实现数字微流体破裂的装置及方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种微流控芯片中的数字微流体破裂技术，尤其是涉及一种声表面波实现数字微流体破裂的装置及方法。

背景技术

微流技术可以将一系列诸如抽样、样品预处理、分离、反应、检测和数据分析集成于一微流基片上，极大地降低了微流分析的成本、缩短了微流分析的时间，因而获得了快速发展。相应地，以微流技术为基础的微流分析系统也逐渐得到了广泛应用，尤其是在疾病诊断、医疗卫生等需要昂贵分析试剂、昂贵分析仪器及对分析时间和分析精度要求相对较高的场合得到了应用。相对于传统的分析系统，微流分析系统具有较多的优点，如较短的反应时间、较低的分析成本、灵活多样的器件结构、极少的微流体积和相对较小的系统尺寸等，因而微流分析系统广泛应用于DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、毒品检测和食物安全等领域。根据微流分析系统中的微流体工作形式来分，它有两种类型，包括连续流形式和数字流形式。一般来说，工作于数字流形式的微流分析系统具有试剂体积更少、分析时间更短和分析精度更高等优势，因而工作于数字流形式的微流分析系统已经应用于微流输运、混合、融合、分离和分析等微流操作和微流分析。

在工作于数字流形式的微流分析系统中，为减少试剂或样品用量，往往需要对微流基片上的数字微流体进行破裂，以减少数字微流体的体积，降低微流分析的成本。

在工作于数字流形式的微流分析系统中，一种常用的破裂数字微流体的方法是采用“T型结”结构的微通道，待分析的数字微流体浮载于与之不相溶的载流体中，载流体在外部压力驱动下流动，并带动载流体中的数字微流体输运，当载流体中的数字微流体经过“T型结”时，数字微流体由于受到“T型结”和载流体共同作用而发生形变，当形变引起的剪切力大于数字微流体的表面张力时，数字微流体发生破裂。该方法的优点是数字微流体破裂的体积可以根据载流体的流动速度和“T型结”的结构尺寸进行灵活调节，但是该方法需要额外的、用于携带数字微流体输运的载流体，并且需要外加诸如压力泵等压力驱动源，这不仅增加了成本，而且压力泵难以集成于微流基片上，增加了微流分析系统的尺寸。

在工作于数字流形式的微流分析系统中，另一种常见的破裂数字微流体的方法是在微流通道中设置孤立的PDMS微障碍物，PDMS微障碍物固定于微流通道中，当外加压力驱动时，数字微流体随载流体在微流通道内输运，遇到固定于微流通道内的PDMS微障碍物时，数字微流体产生形变而引起剪切力，在载流体的携带作用下发生破裂。该方法的优点是相对于“T型结”来说，其结构较为简单，且数字微流体破裂的体积可以根据孤立的PDMS微障碍物与微流通道间的距离进行调节，但是该方法需要外加压力驱动源，不便于集成于微流基片上。

上述两种常见的在微流通道内实现数字微流体破裂的方法除了其上述提及的不足之处外，还往往难以应用于开放式数字微流系统。开放式数字微流系统是将待操作的数字微流体直接置放于微流基片的表面上，在诸如声、电等外力作用下在微流基片的表面两维平面内运动，实现数字微流系统的微流分析。开放式数字微流系统的优点是结构简单，且无需载流体携带。常见的开放式数字微流系统是基于介电电润湿的开放式数字微流系统，其利用电场改变微流基片表面的电润湿程度来实现数字微流体破裂，但是该系统需要在微流基片的表面上光刻出电极阵列，并对电极阵列中各电极进行通、断电控制，操作较为复杂。