[发明专利]一种微流路芯片系列微器件的结构

说明书

本发明是申请日：2010-09-14，申请号：201080069777.3（PCT申请号：PCT/CN2010/076904），名称：“一种微流路芯片系列微器件的结构”的分案申请。

技术领域

本发明涉及微流路芯片制造的技术领域，特别与微流程芯片系列微器件的微活塞结构有关。

背景技术

芯片实验室(Lab on a chip)是当前发展很快的可广泛应用于生命科学、化学及物理学等各个领域实验室研究和日常医学检测的具有广阔前景的技术。微流路（在中国也叫微流控）芯片（Microfluidic chip）技术则是芯片实验室中的主干技术。由于微流体是芯片实验室中的物质的运送载体（如水相中的各种溶解化合物，培养基中的细胞等等），如何控制芯片上微通道及各种芯片微器件中的流体进行精确的流动、转移从而驱动微流路芯片的正常工作。因此，微流路芯片中最基本且最重要的组成部件，即微器件（micro devices）就是芯片上微流体的泵（即微泵）、阀（即开关）、感应微流体压力的静压传感器或者感受微流体速度的速度传感器。

由于现有的微泵、微阀等微器件的制造工艺复杂，并没有理想的性能，虽然这个领域的研究者一直在为此做出努力，并不断发明新技术新工艺，微泵、微阀等微器件的技术缺陷仍旧是限制微流路芯片广泛应用的技术瓶颈。例如，置于芯片外部的泵（而不是芯片内置泵）仍旧是主要的驱动芯片内流体的装置。现有的微器件的设计和运行采用电、磁和隔膜控制等几种方式。例如，电渗泵(electroosmotic pump)或电动力阀（electrokinetic gating valve），由于电压的直接作用不仅不适用于所有流体系统，也会干扰体系的化学物理环境。如果采用此磁控制，则可采用铁磁流体（ferrofluidic pump）利用外部永磁体的移动控制铁磁流体的移动来进行阀的开关和泵的运行，但铁磁流体本身会与芯片微流路中的流体系统接触，外部的永磁体控制也复杂而不易自动化。目前采用最多的是隔膜控制方法，即利用可形变的材料如PDMS（polydimethylsiloxane），在隔膜外施加压力变化来控制阀和泵的运作。隔膜泵（diaphragm pump）的优点是工作起来可靠有力，类似机械泵，但缺点也很明显，如必须要使用可变性材料作为隔膜，这样就不能避免这种材料可能对系统的污染或干扰，另外隔膜泵本省的复杂使得制造的成本及寿命都不理想。

因此，现有的微阀、微泵等微流路芯片关键技术存在以上各种缺陷，特别的，对于玻璃芯片（具有最好的光学品质和化学品质）来说，由于玻璃是不可变形的硬质材料，无法在玻璃芯片上制造内置的泵阀系统，使得玻璃芯片的进一步发展受到极大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流路芯片系列微器件的结构，使微流路控制最基本的微器件可以在硬质芯片材料中一次蚀刻成型。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种微流路芯片系列微器件的结构，包括一个气体通道和至少一个液体通道，气体通道和各液体通道之间通过微通道连通；所述微器件为微活塞，包括一个气体通道和一个液体通道，气体通道的一端接气体，气体通道的另一端通过一个逐渐变窄的微通道和液体通道的中段连通，液体通道的两端都接液体。

采用上述方案后，本发明微流路芯片的最基本微器件（微活塞）由芯片内部的压力数字化的气体微线路控制，利用微孔来阻隔气相和液相，没有任何活动部件，也无需任何特殊的透气或弹性的材料，由气——液两相的压力差来驱动气——液界面从而使微器件实现其传感压力、开关流路、液体有效动力输送等功能。本发明微器件可在硬质材料（如玻璃）上一次蚀刻成型，便于低成本集成大量的微器件，也可以在其他材料上采用其他方法达成芯片及这几种基本微器件的结构。

附图说明

图1a至图1c是液体压力感受器的示意图；

图2a至图2c是微阀的示意图；

图3a至图3c是微活塞的示意图；

图4a至图4b是微泵的示意图；

图5a是 微阀(MISVA)中气-液界面对气体压力的响应；

图5b是不同气压作用下气-液界面在M通道方向上的移动模式；

图5c是不同气压作用下气-液界面在左右（L和R）通道方向上的移动模式；

图5d是微阀的数字化气压驱动模式；

图5e是微阀对数字化气体压力驱动的反应；

图6a是微阀在右侧通道压力下的泄漏测试；

图6b是微阀承受右侧(R)通道逆向压力的范围；