[发明专利]一种热泳耦合的亚微粒子分选器

说明书

技术领域

本发明属于微流控系统技术领域，尤其涉及热泳耦合的亚微粒子分选器。

技术背景

微流控系统是芯片实验室（lab-on-a-chip）的主要研究方向，是集采样、稀释、混合、反应、检测、分离等于一体的系统，它能将复杂的生物化学分析过程微型化和集成化，而其可降低样品液和检测液的消耗量，也可降低能源消耗，它还可提高分析速度和分析精度。因此，微流控系统技术在环境工程、材料工程、医药检测等领域得到广泛的应用。

粒子分选，如生物细胞分选、空气中的微粒分离、水中微粒凝聚和沉降等，在材料工程、医药工程、环境工程中有十分重要的地位。当粒子尺寸在100微米以上时，利用重力沉降即能进行粒子分选；当粒子尺寸在1-100微米时，可以利用粒子的惯性迁移进行分选，通常为提高惯性迁移效应，可以采用弯曲通道、扩张-收缩通道产生Dean流等。然而，当粒子尺寸为0.1-1微米时（即亚微米级），除了粘性曳力外，跟粒子惯性迁移相关的力，如重力、Saffman升力、压力梯度力、Magnus升力、附加质量力等都显得不重要。这时粒子在流体中的跟随性相当好，如果要对粒子进行分选，必须强化粒子的跨流线迁移效应，目前常用的方法是利用电泳、声泳、光泳、磁泳和热泳等。

目前，亚微粒子分选器主要有惯性分选器和耦合分选器两类。惯性分选器是指不利用外部力量的方法，主要依靠微通道几何形状来促使粒子跨流线迁移，其优点是结构简单、加工方便、没有运动部件、易集成等，但缺点是流动阻力大、影响因素多、分选精度低，它只适用于粒子雷诺数较大的跨流线迁移等。

对亚微粒子分选器而言，由于粒子尺寸小，分选器的尺度也小，粒子雷诺数也通常很小，惯性分选对其已经无能为力。由于电泳、磁泳等与粒子的电磁特性相关，光泳、声泳等对生物粒子有损伤，而热泳力对于粒子尺寸在0.1-100微米的粒子都是不可忽略的，即对粒子受力有明显的影响。

由于目前惯性分选器难以适应亚微粒子的分选，也存在分选效率差和分选精度低等缺点，为了强化亚微粒子的跨流线效应，研究耦合粒子的热泳迁移效应对粒子分选很有意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种根据粒子尺寸分选、利用热泳耦合技术、分选效率高和精度高的亚微粒子分选器。为此，本发明采用以下技术方案：

一种热泳耦合的亚微粒子分选器，所述分选器由基片一和基片二键合而成，基片一上开设有用于导入含不同亚微粒子的液体的进口，基片一上还开设有用于导出分选后的亚微粒子的出口；基片二内设有分选通道，该分选通道的一端与基片一的进口相连，另一端连接基片一上的出口；所述分选通道包含上壁面和下壁面，在下壁面上设有可通电的加热芯片，以驱动亚微粒子产生热泳运动。加热芯片能改变下壁面温度，在上下壁面间形成温差，使分选通道中的亚微粒子受到热泳力的作用，将热泳迁移效应耦合到亚微粒子的惯性分选中，从而达到在每个出口会导出一定尺寸范围的亚微粒子。

亚微粒子的分选效率和分选精度跟不同尺寸粒子的聚焦位置有关，粒子聚焦位置即是粒子的力平衡位置，在通道尺寸、流动速度、粒子尺寸等确定的情况下，热泳力的大小可以确定粒子的平衡位置，也即是粒子的聚焦位置。同时，热泳力与其它惯性分选相关的力的匹配，决定着不同粒子尺寸差别的条件下平衡位置的差别，也即是分选精度。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

所述基片一上的进口个数为一个；基片一的出口个数与分选级数相同，或出口个数为分选级数加一。一般基片一的出口个数不少于两个。

所述基片二的分选通道为直通道。

所述基片二的分选通道开设有与出口个数相同的支路，该支路与出口连通。在经过分选后的不同粒子会进入不同支路，随后从相应出口导出。

所述加热芯片可以根据要求调节电流的大小得到需要的壁面温度，以获得需要的上下壁面温差，从而使之产生的热泳效应与惯性效应匹配，该温差范围为0~50℃。

本发明的优点是：将亚微粒子的热泳迁移效应耦合到惯性迁移效应中，使亚微粒子的平衡位置（即粒子的聚焦位置）可控，并使不同尺寸的亚微粒子产生明显不同的聚焦位置，从而提高了亚微粒子的分选效率和分选精度；同时，避免了如生物亚微粒子在光泳和声泳作用下的损伤，又避免电泳、磁泳等作用下因亚微粒子磁电性能不同而影响分选效果。本发明热泳耦合的亚微粒子分选器制作简单、流体阻力小，分选器中不需要运动元件，从而避免了通道的磨损和堵塞，有利于流体的压力平衡。

附图说明：