[发明专利]基于离心力及欧拉力驱动确定性侧向位移的三维微流芯片

说明书

一种基于离心力及欧拉力驱动确定性侧向位移的三维微流芯片，包括两组以上的呈中心对称的流道，每一组流道包括全血输入的储血腔，储血腔出口和对全血进行白细胞过滤的白细胞过滤腔入口连接，白细胞过滤腔出口和将血液分离成红细胞悬液及血浆的离心腔入口连接，离心腔出口和暂时存放血浆或提供反应环境的储液腔入口连接，储液腔出口通过螺旋形流道和提供细胞筛选或层析环境的小内径流道入口连接；本发明能够仅仅控制离心系统电机运转的速度、加速度、方向就能实现液流在径向(离心力)、切向(欧拉力)、法向(重力)上的控制，既能实现非接触，也能提供较大的驱动力以及较为精确的控制。

技术领域

本发明属于微流芯片技术领域，具体涉及基于离心力及欧拉力驱动确定性侧向位移的三维微流芯片。

背景技术

目前的微流芯片中液流驱动与控制方式主要有：重力、机械力、离心力、介电力等驱动与控制方式，其中离心力驱动与控制方式可以在芯片区域形成离心力场并且实现非接触式驱动，具有驱动力高、稳定性好、对材质和芯片结构适应性强、不会对接触物体表面造成损伤和污染等特点，其在结构简单性、控制灵活性、对工作环境及多种材料适应性等方面具有独特的优势。因此利用离心力场中的离心力以及欧拉力对液流进行驱动，在集成化高、尺寸小、材料及结构复杂的微流芯片中具有巨大优势。

在离心微流芯片，如何实现微流的良好控制是微流控领域的重要方面。南京大学张显波设计有利用重力沉降作用对血浆分离的微流芯片。其芯片结构简单，并没有实质上对液流进行运动控制，分离效率较低。清华大学徐友春设计有利用离心力进行血液分离及生化检测的微流芯片，但是这种芯片为二维平面结构，并没有实现三维的也流控制。美国路易斯安娜州立大学Cai ziliang等人设计开发了利用飞球控制微阀的离心微流芯片，这种离心结构需要飞球及弹簧柱来控制微阀，且使用软弹性材料制造芯片，实现流道启闭的功能。其他的介电力机械力等方法也有驱动力小、控制结构复杂等缺点。因此，如何实现非接触式大驱动力多方向液流控制是微流控领域十分关键的课题，其在血液分析方面有重大作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于离心力及欧拉力驱动确定性侧向位移的三维微流芯片，既能实现非接触，也能提供较大的驱动力以及较为精确的控制。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于离心力及欧拉力驱动确定性侧向位移的三维微流芯片，包括两组以上的呈中心对称的流道，每一组流道包括全血输入的储血腔1，储血腔1出口和对全血进行白细胞过滤的白细胞过滤腔2入口连接，白细胞过滤腔2上连接有封装盖14，白细胞过滤腔2出口和将血液分离成红细胞悬液及血浆的离心腔3入口连接，离心腔3出口和暂时存放血浆或提供反应环境的储液腔4入口连接，储液腔4出口通过螺旋形流道和提供细胞筛选或层析环境的小内径流道5入口连接。

所述的储血腔1包括空心球形腔1-1，空心球形腔1-1顶部开口1-2为全血入口，空心球形腔1-1径向向外侧开口通过弧形管道1-3连接白细胞过滤腔2。

所述的白细胞过滤腔2纺锤形腔2-1，纺锤形腔2-1外壁有法兰状脊2-2，法兰状脊2-2有通孔2-3，纺锤形腔2-1法线与径向呈约45°角；与水平面呈约15°角向下放置，纺锤形腔2-1出口以长导管3-1与离心腔3连接。

所述的离心腔3为哑铃型腔，其法线与竖直线呈小角度锐角，锐角为5～15°，与径向呈约23°角放置；离心腔3能够容纳150μl至250μl的去白细胞血液进行密度梯度离心操作；离心腔3的上半部分为血浆储存腔3-2，下半部分为红细胞悬液储存腔3-3，血浆储存腔3-2通过螺旋管流道3-4与储液腔4连接。

所述的储液腔4包括球形腔4-1，球形腔4-1通过输液口4-2与外界空气相连，球形腔4-1通过小内径流道5与下一个储液腔相连。

所述的储血腔1、白细胞过滤腔2、离心腔3、储液腔4、小内径流道5均为采用光敏树脂材料3D打印SLA法制作而成。