一种用于实验室cd盘的倒y型微流选择阀及样品分离方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀及样品分离方法，属于微流体技术领域。包括一个设有通气孔的圆形腔体A，圆形腔体A的下方设有一个与腔体贯通的毛细血管阀，毛细血管阀与宽度大于其管道宽度的射流发生器相连通，射流发生器下方连通有一个Y型微流管道分支，Y型微流管道分支上分别连接有设有通气孔的圆形腔体B和圆形腔体C。该阀克服欧拉力对流体的影响和康达效应对流体的影响，在无需任何外加力的作用下，仅仅利用Lab?on?CD离心平台的正反转产生的科氏力，实现了一种可以控制液体流向Y形微流管道任意一个分支的样品分离。本发明设计简单，结构合理，易于实现。
【专利说明】
一种用于实验室CD盘的倒丫型微流选择阀及样品分离方法
技术领域
[0001 ]本发明属于微流体技术领域，具体涉及一种用于Lab-on-⑶盘(实验室⑶盘)的倒Y型微流选择阀及样品分离方法。
【背景技术】
[0002]微流控(MicrofIuidics)是以微机电系统加工平台为技术基础，致力于分析仪器、化学、生物化学、临床医学的微型化与集成化。微流控技术使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统。涉及到众多学科:化学，流体物理，微电子，新材料和生物医学工程等交叉学科。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控在生物医学研究中已经有所突破，相信会有更加广泛的应用前景。
[0003]在目前微流体阀门的研究中，各种阀门的设计层出不穷，蜡阀(蜡为动物、植物或矿物所产生的油质，常温下为固态，加热后融化)由于需要提前在微流体管道中加入蜡，并且需要外加激光源加热使蜡发生相变，才能使阀门打开，这样会对微流管道造成污染，从而影响对样品的检测精度，并且冷却后无法关闭；其他阀门诸如亲水阀、憎水阀都需要对微流体管道表面进行处理，增加了阀的制造难度和工艺要求；另外，目前要实现微量样品的分离，需要借助注射栗和微流阀(如:气动阀，机械阀)等装置实现样品的定量分离，使得整体结构更加复杂，成本较高。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于Lab-on-CD盘的倒Y型微流选择阀及其样品分离方法，该设计结构简单，易实现;该设计不需要任何外加力作用，无需太多辅助装置，仅仅利用Lab-on-CD平台的正反转就能实现对样品流的流动方向控制。
[0005]本发明是通过下述技术方案来实现的。
[0006]—种用于实验室⑶盘的倒Y型微流选择阀，包括一个设有通气孔的圆形腔体A，圆形腔体A的下方设有一个与腔体贯通的毛细血管阀，毛细血管阀与宽度大于其管道宽度的射流发生器相连通，射流发生器下方连通有一个Y型微流管道分支，Y型微流管道分支上分别连接有设有通气孔的圆形腔体B和圆形腔体C。
[0007]进一步，所述毛细血管阀的宽度为400μπι，高度为1.5mm;射流发生器的宽度为4.8mm;高度为6.6mm。
[0008]进一步，所述圆形腔室A、B和C的直径均为6mm。
[0009]进一步，所述射流发生器的底部设有倒锥角，与水平方向的夹角为65?75°。
[0010]进一步，所述倒Y型微流管道分支之间的夹角为75?85°;Y型微流管道左、右分支的结构尺寸一致。
[0011]相应地，本发明给出了一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀的试验装置，包括与计算机相连的电机，电机输出轴通过轴承与实验台垂直相连，电机输出轴上连接有制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘，实验室CD盘上方对应有与计算机相连的无线摄像机，可以将实时液体流动画面传回到电脑。
[0012]进一步，所述制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘上设有两个沿实验室CD盘的旋转中心相互对称分布的倒Y型微流选择阀，两个倒Y型微流选择阀的通气孔沿实验室CD盘的旋转中心两侧分布。
[0013]进一步，所述实验室⑶盘上的倒Y型微流选择阀经传统的玻璃刻蚀、溅射工艺或PDMS翻模得到，倒Y型微流选择阀在实验室CD盘的玻璃刻蚀深度均为700μπι。
[0014]本发明进而给出了一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀的样品分离方法，包括下述步骤:
[0015]I)将样品自通气孔分别注入两个对称的倒Y型微流选择阀的圆形腔体A中，计算机控制电机启动，带动实验室CD盘旋转；
[0016]2)样品受到离心力的作用进入毛细血管阀中；
[0017]3)将电机的旋转速度迅速提高到临界值以上，样品克服阻力从毛细血管阀中流出，样品进入射流发生器后，形成射流；
[0018]4)射流在科氏力的作用下流动方向发生改变，通过计算机控制电机(102)的正反转向、转动时间和转速来控制样品选择性进入Y型管道左分支或Y型管道右分支、并进而进入圆形腔体B或圆形腔体C的样品量；
[0019]5)同时，对应在实验室CD盘上方的无线摄像机将两个对称的倒Y型微流选择阀中样品形成射流并进入圆形腔体B或圆形腔体C的过程记录下来并输入至计算机中，实时控制样品流入指定腔体内，实现样品的定量分离。
[°02°] 进一步，所述电机转速临界值为lOOOrpm。
[0021]本发明具有以下有益的技术效果:
[0022]本发明用于Lab-on-CD的倒Y型微流选择阀设计，在毛细血管阀的末端，突然增大了毛细血管的宽度，即射流发生器，样品受到离心力的作用向外流动时，液滴由于速度较大，保持着向前运动的惯性，脱离左右管道的吸附(即康达效应)，而形成射流。射流发生器可以有效的避免康达效应对流体流动方向的影响。由于平台在加速过程中会产生欧拉力，欧拉力会对射流的流动方向产生干扰，为了避免欧拉力的影响，在样品通过毛细血管阀的过程中，迅速将仪器转速提高到临界值以上，并保持匀速旋转。
[0023]本发明设计一个毛细血管阀用于克服欧拉力对流体的影响，一个射流发生器用于克服康达效应对流体的影响，两个Y型微流管道分支用于接收方向发生改变的微流体。本发明在无需任何外加力的作用下，仅仅利用Lab-on-CD盘的正反转产生的科氏力，实现了一种可以控制液体流向Y形微流管道任意一个分支的新设计，即控制液体在微流体管道中的流动方向。本发明能够有效的控制实验室CD盘中流体的流动方向，解决了欧拉力、康达效应对流体运动的干扰问题。本发明不会对样品造成任何污染，不会影响最后的检测结果;其结构设计简单，制造方便，易实现，不需要使用昂贵的外部设备。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的管道结构示意图；
[0025]图2位样品注入到A腔中示意图；
[0026]图3为样品通过毛细血管阀，进入射流发生器后形成射流示意图；
[0027]图4为射流受到向右的科氏力的作用，射流发生偏转示意图；
[0028]图5为射流流入Y型微流管道右分支示意图；
[0029]图6为液体进入腔体C中示意图；
[0030]图7为液体全部进入腔体C中，整个实验过程完成示意图；
[0031 ]图8为在平台逆时针操作后，剩余液体进入腔体B中示意图；
[0032]图9为该实验室⑶盘在Lab-on-⑶的安装位置示意图。
[0033]图中:1_毛细血管阀；2-射流发生器;3-Y型微流管道左分支;4-Y型微流管道右分支;5-圆形腔体A; 6-圆形腔体B; 7-圆形腔体C; 8-通气孔;9-实验室⑶盘的旋转中心；101-计算机;102-电机;103-实验台；104-实验室CD; 105-无线摄像机。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
[0035]如图1所示，本发明的用于Lab-on-⑶盘的倒Y型微流选择阀，包括一个设有通气孔8的圆形腔体A5，圆形腔体A5的下方设有一个与腔体贯通的毛细血管阀I，毛细血管阀I与宽度大于其管道宽度的射流发生器2相连通，射流发生器2下方连通有一个Y型微流管道分支(Y型微流管道左分支3、Y型微流管道右分支4)，Y型微流管道分支上分别连接有设有通气孔的圆形腔体Β6和圆形腔体C7。
[0036]圆形腔室45、86和07的直径均为6111111，毛细血管阀1的宽度为40(^111，高度为1.5111111，射流发生器2的宽度为4.8_，高度为6.6mm。在在射流发生器2的底部有一个倒锥角，与水平方向的夹角为65?75°，两个Y型微流管道分支之间的夹角为75?85°型微流管道左、右分支的结构尺寸一致。
[0037]如图9所示，出示了一种用于Lab-on-CD盘的倒Y型微流选择阀的试验装置，包括与计算机101相连的电机102，电机102输出轴通过轴承与实验台103垂直相连，电机输出轴上连接有制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘104，实验室CD盘104上方对应有与计算机101相连的无线摄像机105。制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘104上设有两个沿实验室CD盘的旋转中心9相互对称分布的倒Y型微流选择阀，两个倒Y型微流选择阀的通气孔8沿实验室CD盘的旋转中心9两侧分布。
[0038]实验室⑶盘104上的倒Y型微流选择阀是经传统的玻璃刻蚀、溅射或PDMS翻模工艺得到的，且倒Y型微流选择阀在实验室⑶盘104的玻璃刻蚀深度均为700μπι。
[0039]本发明利用上述用于Lab-on-⑶盘的倒Y型微流选择阀的样品分离方法，包括下述步骤:
[0040]I)将样品自通气孔8分别注入两个对称的倒Y型微流选择阀的圆形腔体A5中，见图2所示，计算机1I控制电机102顺时针启动，带动实验室CD盘104 (如图9所示)旋转；
[0041]2)样品受到离心力的作用进入毛细血管阀I中，由于毛细血管阀的阻碍作用，样品难以流出，将电机102的旋转速度迅速提高到临界值100rpm以上，即样品所受离心力大于毛细血管对样品的阻力；
[0042 ] 3)样品克服阻力从毛细血管阀I中流出，毛细血管可以有效的避免欧拉力，射流发生器可以有效的避免康达效应，充分利用平台旋转所产生的离心力和科氏力控制样品流的运动方向；该过程可以避免实验室CD盘104在加速过程中所产生的欧拉力对样品流的影响，由于实验室CD盘104高速旋转运动所产生的离心力，使得样品在通过毛细血管阀I后，样品进入射流发生器2后，形成射流，见图3所示；
[0043]4)射流在科氏力的作用下流动方向发生改变，见图4所示，射流会选择性进入Y型管道右分支4中(或Y型管道左分支3)，见图5所示；由于实验室CD盘104正时针旋转时，射流受到向右的科氏力而进入圆形腔体C7之中，控制电机转速在临界(100rpm)的转动时间，SP可控制液体进入圆形腔体C7中的液体量，见图6、图7所示;再次将平台逆时针旋转时，射流受到向左的科氏力而进入圆形腔体B6之中，见图8所示;通气孔8可以保证腔体气流的自由进入，防止腔体内部形成负压，影响液体的流动；
[0044]5)同时，对应在实验室⑶盘104上方的无线摄像机105将两个对称的倒Y型微流选择阀中样品形成射流并进入圆形腔体B6或圆形腔体C7的过程记录下来并输入至计算机101中，实时控制样品流入指定腔体内，实现样品的定量分离。
[0045]本发明具体原理如下:液体在A腔时，由于受到了毛细血管阀的约束，只有当旋转速度达到一定的临界值时(液滴所受离心力大于毛细血管阀对其的阻力时)，才能顺利通过。我们可以充分利用毛细血管阀对流体的阻碍特点，在液体通过毛细血管阀的时间段内，将旋转速度迅速升至临界值以上，然后匀速旋转，以便消除欧拉力对射流的影响。虽然射流有同时进入B、C腔的趋势，但是由于仪器顺时针旋转所产生的向右的科氏力对射流的作用，使得制射流改变方向，最后进入C腔。同理，为了控制射流进入B腔，只要使仪器逆时针旋转即可。
[0046]本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀，其特征在于，包括一个设有通气孔(8)的圆形腔体A(5)，圆形腔体A(5)的下方设有一个与腔体贯通的毛细血管阀(I)，毛细血管阀(I)与宽度大于其管道宽度的射流发生器(2)相连通，射流发生器(2)下方连通有一个Y型微流管道分支，Y型微流管道分支上分别连接有设有通气孔的圆形腔体B(6)和圆形腔体C(7)。2.根据权利要求1所述的一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀，其特征在于，所述毛细血管阀(I)的宽度为400μπι，高度为1.5mm;射流发生器(2)的宽度为4.8mm，高度为6.6mmο3.根据权利要求1所述的一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀，其特征在于，所述圆形腔室A(5)、圆形腔室B(6)和圆形腔室C(7)的直径均为6mm。4.根据权利要求1所述的一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀，其特征在于，所述射流发生器(2)的底部设有倒锥角，与水平方向的夹角为65?75°。5.根据权利要求1所述的一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀，其特征在于，所述倒Y型微流管道分支之间的夹角为75?85° ;Y型微流管道左、右分支的结构尺寸一致。6.—种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀的试验装置，其特征在于，包括与计算机(101)相连的电机(102)，电机(102)输出轴通过轴承与实验台(103)垂直相连，电机输出轴上连接有制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘(104)，实验室CD盘(104)上方对应有与计算机(1I)相连的无线摄像机(105)。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述制作有倒Y型微流选择阀的实验室CD盘(104)上设有两个沿实验室CD盘的旋转中心(9)相互对称分布的倒Y型微流选择阀，两个倒Y型微流选择阀的通气孔(8)沿实验室CD盘的旋转中心(9)两侧分布。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述实验室CD盘(104)上的倒Y型微流选择阀经传统的玻璃刻蚀、溅射或PDMS翻模工艺得到，倒Y型微流选择阀在实验室⑶盘(104)的玻璃刻蚀深度均为700μπι。9.一种用于实验室CD盘的倒Y型微流选择阀的样品分离方法，其特征在于，包括下述步骤: 1)将样品自通气孔(8)分别注入两个对称的倒Y型微流选择阀的圆形腔体Α(5)中，计算机(101)控制电机(102)启动，带动实验室⑶盘(104)旋转； 2)样品受到离心力的作用进入毛细血管阀(I)中； 3)将电机(102)的旋转速度迅速提高到临界值以上，样品克服阻力从毛细血管阀(I)中流出，样品进入射流发生器(2)后，形成射流； 4)射流在科氏力的作用下流动方向发生改变，通过计算机(101)控制电机(102)的正反转向、转动时间和转速来控制样品射流选择性进入Y型管道左分支(3)或Y型管道右分支(4)、并进而进入圆形腔体Β(6)或圆形腔体C(7)的样品量； 5)同时，对应在实验室CD盘(104)上方的无线摄像机(105)将两个对称的倒Y型微流选择阀中样品形成射流并进入圆形腔体B(6)或圆形腔体C(7)的过程记录下来并输入至计算机(101)中，实时控制样品流入指定腔体内，实现样品的定量分离。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电机(102)旋转速度临界值为100rpm0
【文档编号】G01N1/28GK106000486SQ201610323421
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】梁荣安, 陈花玲, 贾书海, 王万军
【申请人】西安交通大学