[发明专利]一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片及其中微流通道的设计方法

权利要求书

1.一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片，其特征在于，包括基板(1)，基板(1)内部开设有微流通道(2)，基板(1)的上、下表面为平板；基板(1)的一个长侧边为第一侧边(3)，与第一侧边(3)相对的长侧边为第二侧边(4)；第一侧边(3)开设有微流通道(2)的入口，第二侧边(4)开设有微流通道(2)的出口；微流通道(2)在基板(1)的内部呈波浪状，由N个圆弧形弯道(7)串联构成，且两个相邻的圆弧形弯道(7)呈字母“S”状；N为大于等于2的自然数；所述基板(1)通过3D打印制得。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片，其特征在于，微流通道(2)的入口和微流通道(2)的出口分别开设在基板(1)的一个对角线的两端。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片，其特征在于，圆弧形弯道(7)的曲率半径为2mm-10mm。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片，其特征在于，圆弧形弯道(7)的曲率半径为5.9mm。

5.根据权利要求1所述的一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片，其特征在于，微流通道(2)内粒子流速为480μL/min时，粒子的惯性聚焦状态最佳；微流通道聚焦的粒子直径大于等于20μm。

6.一种3D打印开设有蜿蜒的微流通道的微流控芯片中微流通道的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，理论确定微流通道(2)内惯性聚焦的最优条件；

微流通道(2)内粒子受到惯性升力F_L和迪恩力F_D，当二者平衡时，微流通道(2)内的粒子为惯性聚焦；定义为R_f，其公式为：

当R_f～1时，粒子达到平衡位置，为最佳惯性聚焦状态；R_f的计算公式如下式(12)所示：

式中，r为曲率半径，单位为m；a为粒子或细胞的直径，单位为m；D_h为通道的水力直径，单位为m；ρ为流体密度，单位为kg/m³；U为流体平均速度，单位为m/s；μ为流体的动力粘度，其单位为Pa·s；

式(12)中，n、ρ和μ为常数；该通道用于聚焦直径大于等于20μm的大直径粒子及细胞，因此a≥20μm；当微流通道(2)的D_h确定时，R_f的影响因素为r和U，根据经验数据，曲率半径的范围为2mm-10mm，流速为48-1008μL/min；

步骤2，通过COMSOL多物理场有限元分析仿真确定微流通道(2)内粒子惯性聚焦的最优条件；

通过COMSOL多物理场有限元分析仿真得到，微流通道(2)的曲率半径为5.9mm时，粒子或细胞的聚焦效果最好；通过COMSOL多物理场有限元分析仿真得到，粒子或细胞在微流通道(2)内的流速为480μL/min时，粒子或细胞的聚焦效果最好；

步骤3，通过聚焦实验验证仿真确定微流通道(2)内粒子惯性聚焦的最优条件；

选用粒子进行流速的聚焦实验，当微流通道(2)的曲率半径为5.9mm，将粒子溶液按照不同的流速注入至微流通道(2)中，发现粒子在流速为480μL/min时的聚焦最紧密。