[发明专利]一种微流控芯片及其微流驱动控制系统

摘要

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。

主权项

1.一种微流控芯片系统，其特征在于，微流控芯片（1）包括控制层（101）、PDMS薄膜层（102）、流体通道层（103）和玻璃基底（104），其中：所述控制层（101）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（103）内设置有1个主通道（1031），主通道（1031）的输入端（10311）连通样品池，主通道（1031）的中部设置有观测段（10312），主通道（1031）的输出端（10313）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（10311）和观测段（10312）之间对称设置有聚焦鞘流组；在观测段（10312）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（1032）和第二鞘流通道（1033），在第一鞘流通道（1032）和第二鞘流通道（1033）的推动下，检测物能够依次进入观测段（10312）；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（1034）和第四鞘流通道（1035），在第三鞘流通道（1034）和第四鞘流通道（1035）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（1036）、第二分选通道（1037）和第三分选通道（1038），所述第一分选通道（1036）、第二分选通道（1037）和第三分选通道（1038）分别连通不同的分选池；所述微阀门包括第一微阀门（1011）、第二微阀门（1012）和第三微阀门（1013），其中：所述第一微阀门（1011）设置在第一分选通道（1036）的上方，第一微阀门（1011）的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层（102）形变以实现第一分选通道（1036）的导通或关闭，第二微阀门（1012）的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层（102）形变以实现第二分选通道（1037）的导通或关闭，第三微阀门（1013）的缩小或膨胀能够驱动PDMS薄膜层（102）形变以实现第三分选通道（1038）的导通或关闭；所述鞘流通道与主通道（1031）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°；所述微阀门的内部设置有加热片（3），所述加热片（3）由铂材料制成，加热片（3）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；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（102）的厚度为120μm；所述控制层（101）为玻璃材料，所述阀腔通过光刻工艺开设在所述控制层（101）上，所述加热片（3）通过溅射工艺设置在阀腔底部;还包括微流控芯片的微流驱动控制系统，所述微流驱动控制系统包括观测装置（2）和液流控制装置（4），其中：所述观测装置（2）分为检测分析装置（201）和分选观测装置（202），所述检测分析装置（201）设置在观测段（10312）的一侧，检测分析装置（201）用于获取检测物的物理形态或光谱信息，所述分选观测装置（202）设置在输出端（10313）的一侧，分选观测装置（202）用于反馈检测物的筛选运动轨迹，所述物理形态包括检测物的尺寸、轮廓和透明度信息，所述光谱信息包括拉曼光谱或荧光信息；所述液流控制装置（4）包括箱体（41）、样品柱塞泵（42）、第一鞘流柱塞泵（43）、第二鞘流柱塞泵（44）和传动组（45），其中：所述箱体（41）内部设置有电源及控制板（411）、电机（412）、安装电机（412）用的固定座（413）、多个固定轴承座（414）、两组滑动轴承座（415）、安装滑动轴承座（415）用的滑槽（416）、以及驱动滑动轴承座（415）运动的电磁铁（417）和复位弹簧（418）；所述样品柱塞泵（42）包括样品管（421）、样品推杆（422）、样品塞头（423）、样品齿条（424）、样品进液管（425）和样品出液管（426），所述样品管（421）用于容放样品，所述样品推杆（422）的一端可移动的安装在箱体（41）上，样品推杆（422）的另一端安装在样品管（421）内，所述样品塞头（423）用于密封样品管（421）且安装在样品推杆（422）的另一端，所述样品塞头（423）和样品管（421）内壁形成样品腔，所述样品进液管（425）和样品出液管（426）分别连通样品腔，样品进液管（425）通过软管连通样品池，样品出液管（426）通过软管连通主通道（1031），所述样品齿条（424）设置在样品推杆（422）上，样品齿条（424）由传动组（45）驱动；所述第一鞘流柱塞泵（43）包括第一鞘流管（431）、第一鞘流推杆（432）、第一鞘流塞头（433）、第一鞘流齿条（434）、第一鞘流进液管（435）和第一鞘流出液管（436），所述第一鞘流管（431）用于容放鞘流液，所述第一鞘流推杆（432）的一端可移动的安装在箱体（41）上，第一鞘流推杆（432）的另一端安装在第一鞘流管（431）内，所述第一鞘流塞头（433）用于密封第一鞘流管（431）且安装在第一鞘流推杆（432）的另一端，所述第一鞘流塞头（433）和第一鞘流管（431）内壁形成第一鞘流腔，所述第一鞘流进液管（435）和第一鞘流出液管（436）分别连通第一鞘流腔，第一鞘流进液管（435）连通鞘液池，第一鞘流出液管（436）通过软管一分为二连通第一鞘流通道（1032）和第二鞘流通道（1033），所述第一鞘流齿条（434）设置在第一鞘流推杆（432）上，第一鞘流齿条（434）由传动组（45）驱动；所述第二鞘流柱塞泵（44）包括第二鞘流管（441）、第二鞘流推杆（442）、第二鞘流塞头（443）、第二鞘流齿条（444）、第二鞘流进液管（445）和第二鞘流出液管（446），所述第二鞘流管（441）用于容放鞘流液，所述第二鞘流推杆（442）的一端可移动的安装在箱体（41）上，第二鞘流推杆（442）的另一端安装在第二鞘流管（441）内，所述第二鞘流塞头（443）用于密封第二鞘流管（441）且安装在第二鞘流推杆（442）的另一端，所述第二鞘流塞头（443）和第二鞘流管（441）内壁形成第二鞘流腔，所述第二鞘流进液管（445）和第二鞘流出液管（446）分别连通第二鞘流腔，第二鞘流进液管（445）连通鞘液池，第二鞘流出液管（446）通过软管一分为二连通第三鞘流通道（1034）和第四鞘流通道（1035）；所述样品进液管（425）、样品出液管（426）、第一鞘流进液管（435）、第一鞘流出液管（436）、第二鞘流进液管（445）和第二鞘流出液管（446）上分别设置有手动阀门或电磁阀；所述传动组（45）用于驱动第一鞘流柱塞泵（43）、第二鞘流柱塞泵（44）和样品柱塞泵（42）工作；所述传动组（45）包括电机齿轮（451）、样品减速齿轮（452）、鞘流减速齿轮（453）、第一鞘流传动锥轮（454）、第一鞘离合锥轮（455）、第一鞘流驱动锥轮（456）、第一鞘流驱动齿轮（457）、第二鞘流传动锥轮（458）、第二鞘离合锥轮（459）、第二鞘流驱动锥轮（4510）和第二鞘流驱动齿轮（4511），其中：所述电机齿轮（451）套设在电机（412）转轴上，所述样品减速齿轮（452）的一侧啮合电机齿轮（451）；样品减速齿轮（452）的一侧啮合样品齿条（424），所述鞘流减速齿轮（453）、第一鞘流传动锥轮（454）和第二鞘流传动锥轮（458）同轴布置，鞘流减速齿轮（453）啮合电机齿轮（451），第一鞘流传动锥轮（454）和第二鞘流传动锥轮（458）布置在鞘流减速齿轮（453）的两侧；所述第一鞘离合锥轮（455）安装在滑动轴承座（415）上，所述第一鞘流驱动锥轮（456）安装在第一鞘离合锥轮（455）一侧，通过移动滑动轴承座（415）能够实现第一鞘流传动锥轮（454）、第一鞘离合锥轮（455）和第一鞘流驱动锥轮（456）之间的啮合或分离，所述第一鞘流驱动齿轮（457）与第一鞘流驱动锥轮（456）同轴设置，所述第一鞘流驱动齿轮（457）啮合第一鞘流齿条（434）；所述第二鞘离合锥轮（459）安装在滑动轴承座（415）上，所述第二鞘流驱动锥轮（4510）安装在第二鞘离合锥轮（459）一侧，通过移动滑动轴承座（415）能够实现第二鞘流传动锥轮（458）、第二鞘离合锥轮（459）和第二鞘流驱动锥轮（4510）之间的啮合或分离，所述第二鞘流驱动齿轮（4511）与第二鞘流驱动锥轮（4510）同轴设置，所述第二鞘流驱动齿轮（4511）啮合第二鞘流齿条（434）。