[发明专利]一种微流控芯片及其微流驱动控制系统

说明书

本发明提供了一种微流控芯片及其微流驱动控制系统，属于微机电技术领域，该芯片包括控制层、PDMS薄膜层、流体通道层和玻璃基底,流体通道层设置有1个主通道和3个分选通道，分选通道的开关由控制层的热膨胀微阀门控制，该微流驱动控制系统包括观测装置和液流控制装置，本发明提出的微流控系统完整性的解决了微流聚焦、微流驱动和微流检测等技术问题，设计的分选系统能够针对不同检测物实现自动归类，设计的液流控制装置能够替代现有多个微流驱动泵，该方案推进了微流控芯片和微流驱动技术的科学研究。

技术领域

本发明属于生物微机电技术领域，具体涉及一种微流控芯片及其微流驱动控制系统。

背景技术

微流控是一种精确控制和操控微尺度流体技术，微流控利用对于微尺度下流体的控制，是一个包括了工程学，物理学，化学，微加工和生物工程的多交叉学科。微流控芯片作为微流控技术的核心工具属于生物微机电技术领域重要技术分支，微流控检测芯片具有样品消耗少、检测速度快、操作简便、多功能集成、体小和便于携带等优点，可以广泛的应用于生物、医学、化工等技术领域，现有技术中，微流控芯片的结构和功能单一，不具备自动检测、分选等功能，导致应用场景受限，制约了其发展，特别是，微流驱动控制系统多采用国外进口设备，缺少自主研发的微流驱动系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提出的微流控系统完整性的解决了微流聚焦、微流驱动和微流检测等技术问题，设计的分选系统能够针对不同检测物实现自动归类，设计的液流控制装置能够替代现有多个微流驱动泵，该方案推进了微流控芯片和微流驱动技术的科学研究。

为了实现本发明的目的，本发明的微流控芯片采用如下技术方案：

一种微流控芯片包括控制层、PDMS薄膜层、流体通道层和玻璃基底，其中：所述控制层内设置有多个用于开、闭流体通道的微阀门，所述微阀门为热膨胀阀门；所述流体通道层内设置有1个主通道，主通道的输入端连通样品池，主通道的中部设置有观测段，主通道的输出端分别连接三个分选通道，所述分选通道的上方设置有所述微阀门；在所述输入端和观测段之间对称设置有聚焦鞘流组；在观测段和分选通道之间对称设置有驱动鞘流组；所述聚焦鞘流组用于控制检测物单行排列和运动、且包括第一鞘流通道和第二鞘流通道，在第一鞘流通道和第二鞘流通道的推动下，检测物能够依次进入观测段；所述驱动鞘流组用于驱动检测物前进、且包括第三鞘流通道和第四鞘流通道，在第三鞘流通道和第四鞘流通道的推动下，检测物按照设定进入不同的分选通道；所述分选通道包括第一分选通道、第二分选通道和第三分选通道，所述第一分选通道、第二分选通道和第三分选通道分别连通不同的分选池；所述微阀门包括第一微阀门、第二微阀门和第三微阀门，其中：所述第一微阀门设置在第一分选通道的上方，第一微阀门的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层形变以实现第一分选通道的导通或关闭，第二微阀门的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层形变以实现第二分选通道的导通或关闭，第三微阀门的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层形变以实现第三分选通道的导通或关闭；所述鞘流通道与主通道的夹角为72°，所述鞘流通道的两侧汇入斜边与主通道的夹角为16°。

优选的，所述微阀门的内部设置有加热片，所述加热片由铂材料制成，加热片采用相互盘绕且非交错的双螺旋曲线型结构，所述双螺旋曲线型结构的外轮廓宽度为700μm。

优选的，所述热膨胀阀门的阀腔采用圆形结构，圆形阀腔的半径为850μm，紧邻所述圆形阀腔的PDMS薄膜层的厚度为120μm。

优选的，所述控制层为玻璃材料，所述阀腔通过光刻工艺开设在所述控制层上，所述加热片通过溅射工艺设置在阀腔底部。

本发明的一种微流控芯片具有以下有益效果：

（1）该微流控芯片采用了新颖的聚焦角度和交口设计，鞘流通道与主通道存在一定的夹角，同时，鞘流通道汇入主通道时存在一个缓冲斜边，鞘流通道的过渡处均为圆角过渡，这种设计方案能够有效提升聚焦效果，实现低速下的良好聚焦，本发明方案中聚焦鞘流组中的液体流速仅为8-12m/s即可实现较好聚焦效果。