离心式微流控芯片的虹吸阀及其应用方法
【专利摘要】离心式微流控芯片的虹吸阀及其应用方法，涉及对聚合物离心式微流控芯片上虹吸阀的功能可靠性增强方法，本发明以实现虹吸阀内虹吸流动前的虹吸管内液体充满，并避免材料表面亲水处理和保证芯片功能的长期稳定性。本发明为了保证生化检测中采用聚合物材料加工所得的表面疏水微流控芯片内虹吸阀的功能可靠性，在该方法中，虹吸管内的液体充满依靠芯片加速旋转时受到的欧拉力实现，从而有效避免了聚合物离心式微流控芯片上虹吸阀内液体充满过程所需的自发毛细流动和材料表面亲水处理，保证了芯片功能的长期稳定性。本发明具有工艺简单，可靠性高，易于实现的优点。
【专利说明】离心式微流控芯片的虹吸阀及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚合物离心式微流控芯片上虹吸阀的功能可靠性增强方法，适用于保证生化检测中采用聚合物材料加工所得的表面疏水离心式微流控芯片内虹吸阀的功能可靠性。 【背景技术】
[0002]生化检测微流控芯片为多功能系统芯片，常称之为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，该芯片把生化检测所涉及的样品制备、定量进样、液体混合、生化反应、分离检测等基本操作单元集成或基本集成于几平方厘米的芯片之上，是用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。微流控芯片的基本特征和最大优势是将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。目前，聚合物是普遍采用的微流控芯片加工材料(如:PC, PMMA)。聚合物材料的微流控芯片上微流控结构的加工方法包括热压、激光加工等。其中，激光加工方法具有效率高、对芯片结构设计的约束小的优点。
[0003]虹吸阀是离心式微流控芯片上的关键功能结构，主要用于芯片内液体的提取和定量。虹吸阀的作用过程为:虹吸管内液体自发毛细流动至虹吸管内充满液体；然后芯片旋转提供离心力，离心力使得虹吸管内虹吸流动发生，进而完成液体的提取和定量操作。因此，毛细流动虹吸阀对液体操作的必要前提。在聚合物微流控芯片上，由于聚合物材料表面的疏水性，毛细流动常常需要表面亲水处理。而表面亲水处理会导致芯片加工、组装和长期保存方面的困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是基于芯片加速旋转时液体受到的欧拉力提出一种适合聚合物离心式微流控芯片的虹吸阀功能可靠性增强方法，以实现虹吸阀内虹吸流动前的虹吸管内液体充满，并避免材料表面亲水处理和保证芯片功能的长期稳定性。
[0005]离心式微流控芯片的虹吸阀，包括虹吸管、与虹吸管两端连接的定量腔和提取腔、与定量腔连接的进样腔和废液腔；所述进样腔上连接有进样孔和通气孔；废液腔和提取腔上设置有通气孔。
[0006]离心式微流控芯片的虹吸阀的应用方法，该方法由以下步骤实现:
[0007]步骤一、将微流控芯片安装在离心机上，再经进样孔向进样腔内加入液体，以逆时针方向、3000转/分的转速启动离心机，液体在离心力作用下由进样腔流入定量腔，多余液体流入废液腔内；
[0008]步骤二、按逆时针方向，并且以3000转/分?秒的加速度加速旋转微流控芯片，使虹吸管出口处的液体液面到旋转中心的距离大于量腔内液体的液面到旋转中心的距离，待液体充满虹吸管后，持续旋转微流控芯片，直到定量腔内液体的液面到达虹吸管的入口处时虹吸流动停止；最终将虹吸管入口以上的液体提取到提取腔内。
[0009]本发明的有益效果:本发明为了保证生化检测中采用聚合物材料加工所得的表面疏水微流控芯片内虹吸阀的功能可靠性，提出一种基于欧拉力的适用于聚合物离心式微流控芯片上的虹吸阀的应用方法，在该方法中，虹吸管内的液体充满依靠芯片加速旋转时受到的欧拉力实现，从而有效避免了聚合物离心式微流控芯片上虹吸阀内液体充满过程所需的自发毛细流动和材料表面亲水处理，保证了芯片功能的长期稳定性。本发明具有工艺简单，可靠性高，易于实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明所述的离心式微流控芯片的虹吸阀中第一 PMMA圆片的示意图；
[0011]图2为本发明所述的离心式微流控芯片的虹吸阀中第二 PMMA圆片的示意图；
[0012]图3为本发明所述的离心式微流控芯片的虹吸阀中第三PMMA圆片的示意图；
[0013]图4为第一 PMMA圆片、第二 PMMA圆片与第三PMMA圆片依次粘贴形成虹吸阀的离心式微流控芯片示意图；
[0014]图5为将具有虹吸阀的离心式微流控芯片在离心机上的安装示意图；
[0015]图6中a、b、C、d为离心式微流控芯片内虹吸阀基于欧拉力的液体操作过程示意图。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一、结合图1至图4说明本实施方式，离心式微流控芯片的虹吸阀，包括三个功能单元，每个功能单元由虹吸管1、及连接于虹吸管I两端的定量腔3、提取腔3，与连接于定量腔3的进样腔5和废液腔4构成；进样腔5上连接有进样孔6和通气孔7 ;废液腔4和提取腔2上也具有通气孔7。
[0017]本实施方式中具有虹吸阀的离心式微流芯片由三片PMMA圆片通过激光加工，并通过压敏依次胶粘贴构成；具体的制备方法为:
[0018]一、通过激光雕刻机加工PMMA板材，得到直径Ilcm的第一 PMMA圆片A，其上带有若干个通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成微流控芯片的通气孔7、定位孔8和安装孔9;
[0019]二、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到第二 PMMA圆片B，其上带有通过切穿板材得到的微流控结构；
[0020]三、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到第三PMMA圆片C，其上带有通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成定位孔8和微流控芯片的安装孔9 ；
[0021]四、通过定位孔8定位，将第一 PMMA圆片A与第二 PMMA圆片B带有压敏胶的一面粘贴；
[0022]五、通过定位孔8定位，将第二 PMMA圆片B与第三PMMA圆片C带有压敏胶的一面粘贴，从而完成具有虹吸阀的离心式微流控芯片D。
[0023]本实施方式中所述第一 PMMA圆片A和第三PMMA圆片C的厚度为0.8mm，第二 PMMA圆片的厚度为1mm，第一 PMMA圆片、第二 PMMA圆片和第三PMMA圆片的直径为11cm，各圆片上通孔的尺寸分别为:通气孔7直径1mm、进样孔6直径2mm、定位孔8直径2mm、安装孔9直径6mm。所采用压敏胶厚度为250 μ m。
[0024]【具体实施方式】二、结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式为【具体实施方式】一所述的离心式微流控芯片的虹吸阀的应用过程:
[0025]在操作时，将所制作的微流控芯片D安装于离心机F的机轴E上，再由进样孔6向进样腔5内加入液体，进而开启离心机F，使得芯片开始逆时针旋转，结合图6a ;在旋转过程中，液体在离心力作用下由进样腔5进入定量腔3，且多余的液体由定量腔3溢出到废液腔4中，如图6b ;然后，加速旋转芯片，由于角加速度的存在，芯片内液体受到垂直于芯片半径方向的欧拉力作用而充满虹吸管1，此时虹吸管I出口处的液面相比于定量腔3内液面远离旋转中心G，从而满足离心力下虹吸发生的条件，如图6c ;在液体充满虹吸管I后，持续旋转芯片，虹吸管I内虹吸流动发生，直到定量腔3内液面到达虹吸管I入口 H处时虹吸流动停止，从而使得定量腔3内虹吸管I入口 H以上的液体被提取到提取腔2内，如图6d。以上基于欧拉力的聚合物离心式微流控芯片上虹吸阀，通过欧拉力对液体的驱动作用来完成液体对虹吸管I的充满，从而有效克服了传统地通过毛细流动充满虹吸管需要的亲水表面处理导致的工艺复杂性，并保证了芯片功能的长期稳定性和可靠性。
【权利要求】
1.离心式微流控芯片的虹吸阀，包括三个功能单元，其特征是，每个功能单元包括虹吸管(I)、与虹吸管(I)两端连接的定量腔(3)和提取腔(2)、与定量腔(3)连接的进样腔(5)和废液腔(4);所述进样腔(5)上连接有进样孔(6)和通气孔(7);废液腔(4)和提取腔(2)上设置有通气孔(7)。
2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片的虹吸阀，由三个PMMA圆片依次粘贴构成微流控芯片(D)，其特征在于，在第一 PMMA圆片(A)上加工进样孔(6)、多个通气孔(7)、定位孔(8)和安装孔(9);第二 PMMA圆片(B)上加工进样腔(5)、定量腔(3)、废液腔(4)、虹吸管(I)、提取腔(2)以及与第一 PMMA圆片(A)对应的定位孔(8)和安装孔(9);第三PMMA圆片(C)上加工与第一 PMMA圆片(A)对应的定位孔(8)和安装孔(9)，通过定位孔(8)定位，将所述第一 PMMA圆片(A)与第二 PMMA圆片(B)带有压敏胶的一面粘贴；将第二 PMMA圆片(B)与第三PMMA圆片(C)带有压敏胶的一面粘贴，实现具有虹吸阀的离心式微流控芯片(D)。
3.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的虹吸阀，其特征在于，所述第一PMMA圆片(A)和第三PMMA圆片(C)的厚度为0.8mm，第二 PMMA圆片(B)的厚度为1mm，所述第一PMMA圆片(A)、第二 PMMA圆片(B)和第三PMMA圆片(C)的直径为11cm。
4.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的虹吸阀，其特征在于，通气孔(7)的直径为Imm,进样孔(6)的直径为2mm,定位孔(8)的直径为2mm,安装孔(9)的直径为6mm。
5.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的虹吸阀，其特征在于，所述压敏胶的厚度为250 μ m。
6.应用权利要求1所述的离心式微流控芯片的虹吸阀的方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、将微流控芯片(D)安装在离心机(F)上，再经进样孔(6)向进样腔(5)内加入液体，以逆时针方向、3000转/分的转速启动离心机(F)，液体在离心力作用下由进样腔(5)流入定量腔(3)，多余液体流入废液腔(4)内； 步骤二、按逆时针方向，并且以3000转/分.秒的加速度加速旋转微流控芯片(D)，使虹吸管(I)出口处的液体液面到旋转中心(G)的距离大于量腔内液体的液面到旋转中心的距离，待液体充满虹吸管(I)后，持续旋转微流控芯片(D)，直到定量腔(3)内液体的液面到达虹吸管(I)的入口(H)处时虹吸流动停止；最终将虹吸管(I)入口(H)以上的液体提取到提取腔(2)内。
【文档编号】B01L3/00GK103486091SQ201310442791
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】邓永波, 吴一辉, 范建华, 周松, 武俊峰, 刘永顺, 郝鹏 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所