[发明专利]离心微流控系统和用于配置该系统的方法

说明书

本公开提供了一种离心微流控系统以及配置该离心微流控系统的方法。该系统可包括离心管；用于容纳离心管并向离心管提供离心力的离心单元；固定在离心管底部中的控制单元；以及在离心管中联接至控制单元的微流体支承单元。控制单元可改变微流体支承单元的朝向以改变施加于微流体支承单元的离心力的方向。

技术领域

本公开大体上涉及离心微流控系统，更具体地，涉及能够提供用于操作流体的两个以上的自由度的离心微流控系统。此外，本公开还涉及用于配置该离心微流控系统的方法，以使该系统能够提供用于操作流体的两个以上的自由度。

背景技术

近年来，旨在将冗长的台式试验集成到一个芯片中的离心微流控系统或碟片上实验室(LOAD)系统在即时诊断、药物发现以及食物分析方面扮演越来越重要的角色。但是，另一方面，由于施加到芯片上的离心力的方向始终径向向外，因此LOAD系统中的液体操作的自由度受到限制。此外，因为半径限制以及流动方向始终远离旋转中心，在碟片形状的芯片集成上大规模的试验也是困难的。

为了增加用于流体操作的更多的自由度，已经开发了离心微流体领域的许多系统。这些系统包括引入LOAD平台的多种操作策略，例如引入LOAD系统的主动压力泵送或光学操作、芯片朝向可变的LOAD系统(例如引入LOAD系统的速度致动惯性机械结构或铰接式离心平台)等。但是，几乎所有这些方法都使得该系统更加昂贵和复杂，这提高了市场进入门槛并且增加了即时诊断的困难。此外，LOAD系统中的转动系统与碟片型芯片相比较更加笨重，这牺牲了LOAD系统的便携性。此外，在这些转动系统的设计中也没有统一的规格，这同样增加了市场进入门槛。

为了解决这些问题，提出了实验室试管系统以及DVD上的实验室，这种系统更加通用并且更加便携。但是，这些试管实验室或DVD上的实验室系统限制了流体操作的自由度，这转而增加了在这些系统中实施生物试验的难度。

发明内容

本公开提供了一种离心微流控系统，该系统将微流体支承芯片集成到离心管中以增加用于操作流体的更多的自由度，并且使得离心微流体控制的实施更容易。此外，商业离心机可用来提供泵送力，这使得系统更加通用且便携并减小了市场进入门槛。

另一方面，本公开使得3D离心微流体操作能够实现。由于不同步骤在不同的层中进行不仅使得整个试验的集成成为可能并且避免了不同步骤之间的交叉污染，因此3D离心微流体控制非常有用。其给出用于大规模集成化的更多的空间，并且可能是用于解决离心微流体试管中的空间限制的可能的解决方案。

该系统的基本原理是将微流体支承芯片集成到离心管中。在该系统中，例如市售离心机可用来提供泵送力，这使得该系统更通用且更便携。此外，由于该芯片在试管系统中是完全闭合的，因此即使在生物安全实验室外部也可以确保处理传染性样本的安全性。此外，在该平台中，小的无线控制的步进电机可被引入试管中以实时改变芯片的朝向并增加用于操作流体的更多的自由度。这产生3D离心微流体控制的概念。

根据本公开的方面，离心微流控系统可包括离心管、离心单元、控制单元以及微流体支承单元。离心单元可容纳离心管并向离心管提供离心力。控制单元固定在离心管的底部。微流体支承单元在离心管中联接至控制单元。控制单元可改变微流体支承单元的朝向从而改变施加于微流体支承单元的离心力的方向。

根据本公开的实施方式，微流体支承单元可包括微流体支承芯片或微流体支承立方体。微流体支承芯片或微流体支承立方体的朝向可改变以改变施加于微流体支承芯片或立方体上的离心力。作为示例，微流体支承芯片或立方体可由聚二甲基硅氧烷、玻璃、塑料、硅、聚合物等制成。

根据本公开的实施方式，离心单元可以是实验室和医院中广泛使用的离心机。离心单元可包括具有用于接纳离心管的空间的保持器；以及配置成致动离心单元以向微流体支承芯片提供离心力的致动器。