[发明专利]用于二维流体动力聚焦的微流道结构和微流体芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微流体通道技术领域，尤其是涉及一种用于二维流体动力聚焦的微流道结构和微流体芯片。

背景技术

相关技术中指出，微流道结构是微流体芯片的主体，微流体芯片根据功能需求，还可选择性地包括微执行结构、微光学结构、声学结构、微电极等微结构，相比传统宏观流路系统，微流体芯片可以对流体进行精确控制，这其中就包括了流体动力聚焦。

具体地，流体动力聚焦的研究对象主要包括微流道结构和沿流道流动的液流，液流包括待聚焦的样本流和实现聚焦功能的鞘液流，在流道的约束作用下和鞘液流的挤压作用下，样本流被聚焦在流道截面的特定位置以便检测。例如，当样本流被聚焦在流道截面的中心位置，可用于荧光检测，比如流式细胞术；当样本流被聚焦在流道截面的上边缘或下边缘位置(既靠近流道上管壁或下管壁的位置)，可用于电阻抗检测、显微成像等。

然而，受加工工艺的限制，微流体芯片的微流道在水平面内可以实现复杂的结构，但在纵向多为垂直管壁，这极大地限制了流体动力聚焦的性能。现有的微流道结构能够轻松地实现横向聚焦，并调节样本流的聚焦位置，但一般难以实现纵向聚焦，更加难以实现纵向和横向的二维聚焦。虽然有些微流道结构具备了纵向聚集或二维聚焦的能力，但是液流流速普遍较低，而且对液流流速的范围有明确的限制，且这些微流道结构的聚焦效果单一、无法实现可调控的聚焦效果。

进一步地，相关技术中的用于流体动力聚焦的微流道结构不仅无法实现二维聚焦，而且还缺乏对聚焦位置以及聚焦后尺寸的调节和控制，而且较高的流速范围内无法实现有效地聚焦，由此，降低了这些微流道结构的适应性，使得这些微流道被限定在某一具体用途，在其他用途方面只能对微流道的结构进行重新设计。

此外，相关技术中的微流道结构在设计上常缺乏对液流稳定性的保护，普遍具有流动阻力大、高速时扰动大且难以保持层流等缺点，因而，不但制约了流体动力聚焦的效果，而且限制了使用范围。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于二维流体动力聚焦的微流道结构，所述微流道结构具有二维聚焦功能。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述微流道结构的微流体芯片。

根据本发明第一方面的用于二维流体动力聚焦的微流道结构，包括：样本流流道，所述样本流流道包括在前后方向上连通的第一样本流流道和第二样本流流道；上层纵向聚焦流流道，所述上层纵向聚焦流流道叠设在所述第一样本流流道的顶部，且所述上层纵向聚焦流流道的后端与所述第一样本流流道连通；下层纵向聚焦流流道，所述下层纵向聚焦流流道叠设在所述第一样本流流道的底部，且所述下层纵向聚焦流流道的后端与所述第一样本流流道连通；左侧横向聚焦流流道，所述左侧横向聚焦流流道设在所述第二样本流流道的左侧，且所述左侧横向聚焦流流道的后端与所述第二样本流流道连通；以及右侧横向聚焦流流道，所述右侧横向聚焦流流道设在所述第二样本流流道的右侧，且所述右侧横向聚焦流流道的后端与所述第二样本流流道连通。

根据本发明的用于二维流体动力聚焦的微流道结构，具有二维聚焦功能。

具体地，所述第一样本流流道和所述第二样本流流道在前后方向上顺次连通。

具体地，所述样本流流道在前后方向上沿直线延伸，且沿前后方向所述样本流流道在左右方向上的宽度不变。

具体地，所述上层纵向聚焦流流道和所述下层纵向聚焦流流道关于所述第一样本流流道上下对称布置。

具体地，所述第一样本流流道在前后方向上沿直线延伸，所述上层纵向聚焦流流道和/或所述下层纵向聚焦流流道关于所述第一样本流流道的纵向中心线左右对称。

具体地，所述第一样本流流道在前后方向上沿直线延伸，所述上层纵向聚焦流流道和/或所述下层纵向聚焦流流道包括：直线流道部，所述直线流道部与所述第一样本流流道在上下方向上对齐布置；左侧弧线流道部，所述左侧弧线流道部设在所述直线流道部的左前侧，且所述左侧弧线流道部的后端与所述直线流道部相切且连通；右侧弧线流道部，所述右侧弧线流道部设在所述直线流道部的右前侧，且所述右侧弧线流道部的后端与所述直线流道部相切且连通。

具体地，所述第二样本流流道在前后方向上沿直线延伸，所述左侧横向聚焦流流道和所述右侧横向聚焦流流道关于所述第二样本流流道的纵向中心线左右对称。