CN117548163A - 一种微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体包括两主流道和一个或多个反应区域，所述反应区域包括分流道和若干反应单元；所述分流道包括输入端和输出端，两主流道，其中一者用于与输入端连通以向分流道内通入试剂，另一者用于与输出端连通以供分流道内的试剂流出；所述分流道的输入端和输出端均设有控制节点，所述控制节点用于控制分流道和主流道连通与否；所述控制节点包括连通主流道和分流道的通道，以及设于通道中的弹性膜；所述弹性膜能够通过受力变形改变形态以间歇地开启所述通道；本发明可以以脉冲形式加液，如此可以增大反应单元内试剂的交换反应机会，有利于试剂的反应。

Description

一种微流控芯片

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控芯片(microfluidic chip)通常又称生物芯片(Biochip)。微流控技术可以把常规生化分析中的采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等整个实验过程与功能集成在一块小小的硅基、玻璃、塑料或金属等固相材质上，形成一种包括多种微纳米管道和多个微纳升体积的反应腔体的微型芯片，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。为即时诊断(POCT)、基因测序、环境保护、食品安全和科学研究等应用领域服务。

现有的高通量微流控芯片，其上的个反应单元都是通过分流道相互连通的，相当于个反应单元构成一个整体，如此当某一个反应单元出现损坏时，会导致芯片分流道的实际压力参数与分流道的初始设计参数有很大的不同，如此整个微流控芯片便无法进行正常使用。

而且对于这种高通量的微流控芯片而言，其加液是一个连续的加液过程，即从加液开始到加液完成，整个过程中持续的平稳的加液，如此会使得各反应单元和分流道内的试剂难以充分的交换反应，从而不利于试剂的反应效率。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种微流控芯片。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体包括两主流道和一个或多个反应区域，所述反应区域包括分流道和若干通过所述分流道相互连通的反应单元；所述分流道包括输入端和输出端，两主流道，其中一者用于与输入端连通以向分流道内通入试剂，另一者用于与输出端连通以供分流道内的试剂流出；所述分流道的输入端和输出端均设有控制节点，所述控制节点用于控制分流道和主流道连通与否；所述控制节点包括连通主流道和分流道的通道，以及设于通道中的弹性膜；所述弹性膜能够通过受力变形改变形态以间歇地开启所述通道。

作为本发明一种可选的实施方式，所述通道包括均开设于芯片主体的两通孔；两通孔中，其中一者的第一端与分流道连通，另一者的第一端与主流道连通；所述弹性膜能够在第一形态和第二形态间切换；第二形态下，所述弹性膜同时开启两第二通孔的第二端以使通道开启；第一形态下，两通孔至少一者的第二端被弹性膜封闭以使通道关闭。

作为本发明一种可选的实施方式，所述弹性膜由气压驱动在第一形态和第二形态间切换。

作为本发明一种可选的实施方式，所述控制节点还包括开设在芯片主体中的具有进气口的气腔；所述气腔具有开口侧，所述弹性膜遮盖在气腔的开口侧；所述通孔的第二端和气腔分别位于弹性膜的相对两侧。

作为本发明一种可选的实施方式，所述进气口设有三通阀，所述三通阀包括两输入端，其中一个输入端连通正压气源，另一者输入端连接负压气源。

作为本发明一种可选的实施方式，与主流道连通的通孔构成第一通孔，所述第一通孔与主流道之间通过分支流道相连通。

作为本发明一种可选的实施方式，所述芯片主体的正面为透光面，所述主流道和反应区域至少一者能够通过芯片主体的正面显示。

作为本发明一种可选的实施方式，所述芯片主体包括芯片基体和盖板；所述盖板为透明结构；所述盖板盖合在芯片基体上以与芯片基体合围形成所述反应区域和主流道。

作为本发明一种可选的实施方式，两所述主流道均连接有液管。

作为本发明一种可选的实施方式，所述弹性膜为高分子膜。

较之现有技术，采用本方案的优点在于：

首先，本方案中，通过在分流道的输入端和输出端均设置控制节点，并将控制节点设计为由弹性膜控制通道间歇开启，如此设置，在加液时，本方案可以通过输入端和输出端的两个弹性膜交替的发生形变，如此两个弹性膜在交替形变鼓动时，其作用类似于隔膜泵，会以脉冲的形式交替地推动试剂在分流道和反应单元中进行流动，这样的脉冲形式的加液相较之平稳的加液而言，可以增大反应单元内试剂的交换反应机会，有利于试剂的反应。

而且，在芯片完成加液后，还可以使芯片进入震荡模式，具体而言，在加液完成后，整个反应单元和分流道内基本都充满了试剂，此时，只要驱动至少1个弹性膜进行间歇地鼓动形变，便可间歇地振荡分流道和反应单元内的试剂，如此试剂处于振荡状态，可以增大试剂的交换反应机会，特别适合清洗芯片。

此外，当将反应区域设计为2个或以上时，相当于是将整个芯片换成形成多个区域，由于每个区域的输入端和输出端均设是有控制节点控制通断的，如此每个区域都相当于是一个独立的部分，如此即使某一个反应区域内的反应单元出现损坏，其影响的也仅是包含该损坏反应单元的反应区域，而对其他反应区域不会造成影响，从而不至于报废整张芯片。

也正由于各反应区域是可以单独受控制节点控制的，是一个独立的部分，如此便可实现分区选择，比如仅期望将某一试剂A通入设定的反应区域中，且不想该试剂参与其他反应区域，如此在加液时，仅开启所设定的反应区域的控制节点即可，如此试剂A便不会通入其他反应区域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为本发明的剖视图；

图4为图3中B部的放大图；

图5为芯片本体的局部俯视图；

图6为弹性膜由第一形态切换至第二形态的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

请参阅图1-6所示，本实施例提供一种微流控芯片，包括芯片主体1，如图2所示，所述芯片主体1包括两个主流道3和一个或多个反应区域2，优选是在芯片主体1上划分形成多个反应区域2。

其中，如图5所示，各反应区域2均包括分流道21和若干通过所述分流道21相互连通的反应单元22，即在一个反应区域2内，各个反应单元22之间是通过分流道21相连通的，使得试剂可以通过分流道21流入各反应单元22内。

所述分流道21包括输入端和输出端，两主流道3，其中一者用于与输入端连通以向分流道21内通入试剂，另一者用于与输出端连通以供分流道21内的试剂流出。

例如，本实施例中，如图2所示，两主流道3并排的设于芯片的两侧，反应区域2设于横向地设于两主流道3之间。

为了方便理解，本实施例中将两主流道3中，与分流道21输入端连通的一者记为进液流道31，相应的，与分流道21输出端连通的一者记为回液流道32，加液时，试剂通过进液流道31经分流道21的输入端流入分流道21，最终，分流道21内的试剂经分流道21的输出端流向回液流32道，由回液流道32排出。

两所述主流道3均连接有液管，具体而言，如图3所示，在进液流道31的底部连通有进液液管41，在回液流道32的底部连通有回液液管42。

本实施例中，分流道21的两端分别构成输入端和输出端，所述分流道21的输入端和输出端均设有控制节点，值得说明的是，如图3所示，在每个反应区域2均设置有两个控制节点，所述控制节点用于控制分流道21和主流道3连通与否；以其中一个反应区域2为例：

如图3所示，在进液流道31和分流道21的输入端之间设有一个控制节点，在回液流道32与分流道21的输出端之间设有一个控制节点。两控制节点结构基本相同，故本实施例以其中一个控制节点为例进行具体说明：

如图4所示，所述控制节点包括弹性膜61，以及连通主流道3和分流道21的通道，以进液流道31和分流道21的输入端之间的节点为例，进液流道31和分流道21的输入端通过通道连通。

弹性膜61设于通道中，且所述弹性膜61能够通过受力变形改变形态以间歇地开启所述通道，当通道开启时，对应的主流道3和分流道21形成连通关系，当通道关闭时，对应的主流道3和分流道21被阻断。

本实施例中，弹性膜61优选为高分子膜，例如PTFE聚四氟乙烯、TPU聚氨酯膜、PE聚乙烯膜，硅橡胶膜中的一种。

首先，可以理解的是，本实施例中在将芯片划分形成若干反应区域2时，并配合控制节点，如此每个反应区域2都相当于是一个独立的反应区域2，如此即使某一个反应区域2内的反应单元22出现损坏，其影响的也仅是包含该损坏反应单元22的反应区域2，而对其他反应区域2不会造成影响，从而不至于报废整张芯片。使用时，只需要将损坏的反应区域2两端的控制节点关闭即可。

也正由于各反应区域2是可以单独受控制节点控制的，是一个独立的部分，如此便可实现分区选择，比如仅期望将某一试剂A通入设定的反应区域2中，且不想该试剂参与其他反应区域2，如此在加液时，仅开启所设定的反应区域2的控制节点即可，如此试剂A便不会通入其他反应区域2。

其次，通过在分流道21的输入端和输出端均设置控制节点，并将控制节点设计为由弹性膜61控制通道间歇开启，如此设置，在加液时，本方案可以通过输入端和输出端的两个弹性膜61交替的发生形变，如此两个弹性膜61在交替形变鼓动时，其作用类似于隔膜泵，会以脉冲的形式交替地推动试剂在分流道21和反应单元22中进行流动实现加液，这样的脉冲形式的加液相较之平稳的加液而言，可以增大反应单元22内试剂的交换反应机会，有利于试剂的反应。

另外，在芯片完成加液后，还可以使芯片进入震荡模式，具体而言，在加液完成后，整个反应单元22和分流道21内基本都充满了试剂，此时，只要驱动至少1个弹性膜61进行间歇地鼓动形变，便可间歇地振荡分流道21和反应单元22内的试剂，如此试剂处于振荡状态，可以增大试剂的交换反应机会，特别适合清洗芯片。

通道的具体构造为：所述通道包括均开设于芯片主体1的两通孔；两通孔中，其中一者的第一端与分流道21连通，另一者的第一端与主流道3连通；为了方便说明，将两通孔中，与主流道3连通的通孔记为第一通孔621，将与分流道21连通的通孔记为第二通孔622。

以进液流道31和分流道21输入端之间的控制节点为例：

如图4所示，在该节点中的第二通孔622的上端（即第一端）与分流道21输入端连通，第一通孔621的上端（即第一端）与进液流道31相连通，具体的，所述第一通孔621与主流道3（进液流道31）之间通过分支流道623相连通。

所述弹性膜61能够在第一形态和第二形态间切换，如图6展示的是弹性膜61由第一形态切换至第二形态的示意图，其中6a为弹性膜61处于第一形态视图，6b为弹性膜61处于第二形态视图。

如图6所示，弹性膜61在第二形态下，所述弹性膜61同时开启两通孔的第二端以使通道开启；第一形态下，两通孔至少一者的第二端被弹性膜61封闭以使通道关闭，本实施例中展示的是两通孔均被弹性膜61封闭。

本实施例中，弹性膜61由气压驱动方式驱动在第一形态和第二形态间切换，具体的：

如图4和图6所示，所述控制节点还包括开设在芯片主体1中的具有进气口的气腔63；所述气腔63具有开口侧，例如本实施例中，气腔63的上端开口设置形成开口侧。

所述弹性膜61遮盖在气腔63的开口侧，使气腔63形成一封闭空间；两通孔的第二端和气腔63分别位于弹性膜61的相对两侧，具体的，第一通孔621和第二通孔622二者的第二端位于弹性膜61的上侧，气腔63位于弹性膜61的下侧。

当气腔63内通入负压时，如图6中6b所示，弹性膜61在负压下向下凹陷形成一个下凹空间，此时弹性膜61处于第二形态，此状态下，第一通孔621的下端和第二通孔622的下端通过这个下凹空间相连通，形成通路，实现通道的开启，进而实现主流道3和分流道21的连通。

反之，当向气腔63内通入正压时，弹性膜61在正压下向上形变，最终抵住第一通孔621和第二通孔622的下端，如图6中6a所示，此时弹性膜61进入第一形态，在此形态下，弹性膜61便封堵住第一通孔621和第二通孔622的下端，实现通道的关闭。

为了控制正压气源和负压气源的输入，本实施例中，在进气口上连接有气管64，气管64上连接有三通阀（图中未示出），所述三通阀包括两输入端，其中一个输入端连通正压气源，另一者输入端连接负压气源，需要通入正压气源时，仅开启三通阀连接正压气源的输入端即可，反之，需要通入负压时，仅开启三通阀连接负压气源的输入端即可。

此外，本实施例中，为了方便观察或者拍摄反应区域2和/或主流道3中的试剂微流控状态、反应等，本实施例中，所述芯片主体1的正面为透光面，所述主流道3和反应区域2至少一者能够通过芯片主体1的正面显示。优选是，至少主流道3、反应区域2中的反应单元22、分流道21显露于透光面。

具体的，如图2所示，所述芯片主体1包括芯片基体和盖板12；所述盖板12为透明结构；所述盖板12盖合在芯片基体上以与芯片基体合围形成所述反应区域2和主流道3。此时相当于主流道3、反应单元22、分流道21设于透明盖板12和芯片基体之间，而盖板12是透明的，如此可以透过盖板12直接观察主流道3、反应单元22内的试剂流动、反应情况，也可直接透过透明的盖板12拍照。

如图2所示，芯片基体主要包括芯片本体11和芯片底板13，如此整个芯片主体1自上而下依次为盖板12、芯片本体11、芯片底板13；主流道3、反应单元22、分流道21，第一通孔621和第二通孔622设于芯片本体11上，气腔63设于芯片底板13上；弹性膜61夹设于芯片底板13和芯片本体11之间，从而对气腔63的开口侧形成遮挡。

实施例2

本实施例主要提供一种实施例1中所提供的微流控芯片的加液方法为：

为了方便说明，如图3所示，本实施例中将设置在分流道21输入端的控制节点记为第一节点M1，将设置在分流道21输出端的控制节点记为第二节点M2；

可以理解的是，第一节点M1和第二节点M2无论是开启方式还是关闭方式，二者原理都是一样的，故本实施例中以第一节点M1为例进行说明：

第一节点M1的开启方式为：向气腔63内通入负压气体，在负压作用下，使得弹性膜61向下变形，形成下凹空间（如图6中6b所示），此时第一通孔621、第二通孔622通过该下凹空间相连通，实现通道的开启，即第一节点M1的开启。

第一节点M1的关闭方式为：向气腔63内通过正压气体，在正压作用下，使得弹性膜61逐步向上变形，最终弹性膜61堵住第一通孔621和第二通孔622的下端（如图6中6a所示），使得第一通孔621和第二通孔622不再连通，此时通道便处于关闭状态，实现第一节点M1的关闭。

以下就具体的加液方法为例进行具体说明：

在第二节点M2处于关闭的状态下，先开启第一节点M1，第一节点M1在开启过程中，进液流道31中的试剂便会经开启的通道逐步向分流道21流动；值得说明的是，值得说明的是，在第一节点M1的弹性膜61向下变形的过程中，该弹性膜61会对通孔内的试剂产生一个负压吸力，使得进液流道31内的试剂可以在一定程度上被抽吸至下凹空间内。

接着，关闭第一节点M1，同时开启第二节点M2；如此第一节点M1在关闭的过程中，会向上挤推位于通孔内的试剂和空气，第二节点M2在开启的过程中，会抽吸分流道21内的空气和试剂，如此便相当于，第一节点M1在前面推动试剂向分流道21中流动，第二节点M2在后面抽吸分流道21内的试剂，如此前推后吸，便使得试剂可以以脉冲的方式间歇地不断加入分流道21中，如此后续只要循环交替地执行上述动作，即交替地开启第一节点M1和第二节点M2，便可实现脉冲式地加液，如此分流道21和反应单元22内的试剂以脉冲紊流状态加液向后方流动，增大反应单元22内试剂的交换反应机会。

实施例3

本实施例主要提供一种采用实施例1提供的微流控芯片进行试剂振荡的振荡方法：

应用本实施例所提供的微流控芯片还能在加液完成后对反映单元和分流道21内的试剂进行振荡，振荡方法具体为：

在加液动作完成后，此时整个分流道21和反应单元22中都基本充满了试剂，接着关闭进液流道31的液管和回液流道的液管；再接着，以脉冲的形式开启至少一个节点，比如仅第一节点M1间歇地开启，第二节点M2始终处于关闭状态，如此第一节点M1的弹性膜61在间隙地鼓动变形，其每完成一次启闭动作，都会对试剂产生一个振荡作用，从而可以增大试剂的交换反应机会。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体包括两主流道和一个或多个反应区域，所述反应区域包括分流道和若干通过所述分流道相互连通的反应单元；其特征在于，所述分流道包括输入端和输出端，两主流道，其中一者用于与输入端连通以向分流道内通入试剂，另一者用于与输出端连通以供分流道内的试剂流出；所述分流道的输入端和输出端均设有控制节点，所述控制节点用于控制分流道和主流道连通与否；所述控制节点包括连通主流道和分流道的通道，以及设于通道中的弹性膜；所述弹性膜能够通过受力变形改变形态以间歇地开启所述通道。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述通道包括均开设于芯片主体的两通孔；两通孔中，其中一者的第一端与分流道连通，另一者的第一端与主流道连通；所述弹性膜能够在第一形态和第二形态间切换；第二形态下，所述弹性膜同时开启两第二通孔的第二端以使通道开启；第一形态下，两通孔至少一者的第二端被弹性膜封闭以使通道关闭。

3.根据权利要求2所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述弹性膜由气压驱动在第一形态和第二形态间切换。

4.根据权利要求3所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述控制节点还包括开设在芯片主体中的具有进气口的气腔；所述气腔具有开口侧，所述弹性膜遮盖在气腔的开口侧；所述通孔的第二端和气腔分别位于弹性膜的相对两侧。

5.根据权利要求4所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述进气口设有三通阀，所述三通阀包括两输入端，其中一个输入端连通正压气源，另一者输入端连接负压气源。

6.根据权利要求2所述的一种微流控芯片，其特征在于，与主流道连通的通孔构成第一通孔，所述第一通孔与主流道之间通过分支流道相连通。

7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体的正面为透光面，所述主流道和反应区域至少一者能够通过芯片主体的正面显示。

8.根据权利要求7所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体包括芯片基体和盖板；所述盖板为透明结构；所述盖板盖合在芯片基体上以与芯片基体合围形成所述反应区域、主流道。

9.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于，两所述主流道均连接有液管。

10.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于，所述弹性膜为高分子膜。