2为剪切诱导惯性升力、F3为壁面诱导惯性升力、F4为 Dean拽力。
【具体实施方式】
[0023] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0024] 实施例1 如图1-6所示，一种低成本微米粒子浓缩装置，包括圆棒3、橡胶层4、螺旋圆管5、接合 器8、Y型转接头6、浓缩液出口微管10和废液出口微管11;所述螺旋圆管5与橡胶层4下 边缘固连，螺旋圆管5和橡胶层4均匀地螺旋缠绕在圆棒3外围；所述螺旋圆管5顶端为进 口端7,底端为出口端9;进口端7与接合器8连接，出口端9与Y型转接头6连接；所述Y 型转接头6为一进二出式结构，内部包括进液口 16、浓缩液出口 14、废液出口 15、第一连体 接头17、第二连体接头12和第三连体接头13,浓缩液出口 14和废液出口 15分别与进液口 16相通；所述进液口 16通过第一连体接头17与出口端9相通；浓缩液出口微管10通过第 二连体接头12与浓缩液出口 14相通；废液出口微管11通过第三连体接头13与废液出口 15相通；所述进口端7与接合器8为密封连接；所述第一连体接17头、第二连体接头12和 第三连体接头13均为密封连接头；所述螺旋圆管5螺旋节距与橡胶层4的宽度和螺旋直径 尺寸关系为：
其中，y为螺旋圆管升角，h为橡胶层的宽度，p为螺旋圆管节距，d为螺旋直径；螺旋 圆管5内径尺寸和浓缩粒子的尺寸关系为：
其中，aP为浓缩粒子的最大直径，:为螺旋圆管5内径尺寸。
[0025]螺旋圆管5是螺旋上升的结构，螺旋方向为左旋；螺旋圆管5为刚性透明材料。
[0026] -种低成本微米粒子浓缩装置的制造方法，包括以下几个步骤： 1) 、制作一个狭窄的橡胶层4,放置在水平桌面上； 2) 、将螺旋圆管5拉直，通过粘合剂使圆管和橡胶层4下边缘固联； 3) 、将螺旋圆管5和橡胶层4的结合体紧密地旋绕在圆棒3上； 4)、螺旋圆管5顶端的进口端7通过接合器8与注射器1连通，出口端9通过第一连体 接头17与Y型转接头6进液口 16连接； 5) 、Y型转接头6的浓缩液出口 14和废液出口 15分别通过第二连体接头12、第三连体 接头13连接浓缩液出口微管和废液出口微管11实现粒子浓缩。
[0027] 所述步骤3)中螺旋圆管5的螺旋节距与橡胶层4的宽度和螺旋直径有关，旋绕总 圈数与橡胶层4的长度关系为：
其中，n为旋绕圈数，L为橡胶层4长度，d为螺旋圆管5螺旋直径。
[0028] 所述步骤4)中接合器8与注射器1为密封连接。
[0029] 如图1、图5和图6所示，本发明低成本微米粒子20浓缩装置浓缩样品时，用注射 器1吸入粒子悬浮液2,以特定的流速将粒子悬浮液2导入螺旋圆管5中；粒子悬浮液2中 的微米粒子20将受到流体拖曳力F1的作用而沿着流动方向运动；由于流道中伯啸叶流的 抛物线形速度22剖面，微米粒子20将受到指向壁面的剪切诱导惯性升力F3 ;当微米粒子 20靠近壁面时，由于微米粒子20因为自转而旋转产生的对称尾迹被壁面影响而产生一个 指向圆管中心线的壁面诱导惯性升力F2 ;当流体流经弯流道时在垂直主流动方向上产生 了两个旋转方向相反的祸，被称作为dean流24,由于dean流24的引入而产生了dean拽 力F4 ;弯流道中粒子不仅受到惯性迀移效应影响而迀移，还受到由弯曲率诱导产生的截面 二次流引起的Dean拽力F4影响；因此，可近似认为微米粒子20在Dean拽力F4和惯性升 力的共同耦合作用下迀移至靠近螺旋圆管5内壁的一侧；最终绝大部分微米粒子20通过Y 型转接头6的浓缩液出口 14从浓缩液出口微管10流出并被收集，而剩余悬浮液2则为废 液19,通过Y型转接头6的废液出口 15从废液出口微管11流出，最终收集，从而实现了粒 子悬浮液2的浓缩。
[0030] 本发明的螺旋圆管5结构通过适当调整样品的流速，突破传统微流控中低雷诺数 的观念，巧妙利用微流体惯性效应来实现微米级生物粒子的高通量、连续流尺寸浓缩；本发 明结构简单、通量高；仅需控制螺旋圆管5流道的内径以及螺旋直径、螺距和总圈数，无需 借助外场；同时，相比较其他制作微通道复杂的工艺方法，本发明直接使用毛细微管旋绕成 螺旋微通道结构，制作成本大大降低，工作效率显著提高。
[0031] 实施例2 与实施例1基本相同，所不同的是：螺旋圆管5的螺旋方向为右旋；螺旋圆管5柔性不 透明材料。
[0032] 实施例3 与实施例1基本相同，所不同的是：螺旋圆管5的螺旋方向为右旋；螺旋圆管5柔性半 透明材料。
[0033] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对各设施位置进行调整，这些调整也应视为本发 明的保护范围。
【主权项】
1. 一种低成本微米粒子浓缩装置，其特征在于：包括圆椿、橡胶层、螺旋圆管、接合器、 Y型转接头、浓缩液出口微管和废液出口微管；所述螺旋圆管与橡胶层下边缘固连，螺旋圆 管和橡胶层均匀地螺旋缠绕在圆椿外围；所述螺旋圆管顶端为进口端，底端为出口端；进 口端与接合器连接，出口端与Y型转接头连接；所述Y型转接头为一进二出式结构，内部包 括进液口、浓缩液出口、废液出口、第一连体接头、第二连体接头和第=连体接头，浓缩液出 口和废液出口分别与进液口相通；所述进液口通过第一连体接头与出口端相通；浓缩液出 口微管通过第二连体接头与浓缩液出口相通；废液出口微管通过第=连体接头与废液出口 相通。2. 如权利要求1所述的低成本微米粒子浓缩装置，其特征在于；所述进口端与接合器 为密封连接。3. 如权利要求1所述的低成本微米粒子浓缩装置，其特征在于：所述第一连体接头、第 二连体接头和第=连体接头均为密封连接头。4. 如权利要求1-3任意一项所述的低成本微米粒子浓缩装置，其特征在于：所述螺旋 圆管螺旋节距与橡胶层的宽度和螺旋直径尺寸关系为：其中，丫为螺旋圆管升角，h为橡胶层的宽度，P为螺旋圆管节距，d为螺旋直径。5. 如权利要求1-3任意一项所述的低成本微米粒子浓缩装置，其特征在于：所述螺旋 圆管内径尺寸和浓缩粒子的尺寸关系为： Qp/ic3 0.07， 其中，Qp为浓缩粒子的最大直径，ie为螺旋圆管内径尺寸。6. 权利要求1至5任意一项所述的低成本微米粒子浓缩装置的制造方法，其特征在于： 包括W下几个步骤： 1) 制作一个狭窄的橡胶层，放置在水平桌面上 2) 将螺旋圆管拉直，通过粘合剂使圆管和橡胶层下边缘固联； 3) 将螺旋圆管和橡胶层的结合体紧密地旋绕在圆椿上； 4) 螺旋圆管顶端的进口端通过接合器与注射器连通，出口端通过第一连体接头与Y型 转接头进液口连接； 5. Y型转接头的浓缩液出口和废液出口分别通过第二连体接头、第=连体接头连接浓 缩出口微管和废液出口微管实现粒子浓缩。7. 如权利要求6所述的低成本微米粒子浓缩装置的制造方法，其特征在于：所述步骤 3)中旋绕总圈数与橡胶层的长度关系为：其中，n为旋绕圈数，L为橡胶层长度，d为螺旋圆管螺旋直径。8. 如权利要求6所述的低成本微米粒子浓缩装置的制造方法，其特征在于：所述步骤 4)中接合器与注射器为密封连接。
【专利摘要】本发明公开一种低成本微米粒子浓缩装置及其制作方法，低成本微米粒子浓缩装置包括圆棒、橡胶层、螺旋圆管、接合器、Y型转接头、浓缩液出口微管和废液出口微管；螺旋圆管与橡胶层下边缘固连，螺旋圆管和橡胶层均匀地螺旋缠绕在圆棒外围；螺旋圆管顶端为进口端，底端为出口端；进口端与接合器连接，出口端与Y型转接头连接；Y型转接头为一进二出式结构，内部包括进液口、浓缩液出口、废液出口、第一连体接头、第二连体接头和第三连体接头，浓缩液出口和废液出口分别与进液口相通；进液口与出口端相通；浓缩液出口微管与浓缩液出口相通；废液出口微管与废液出口相通。本发明结构简单、通量高，制作成本低，能利用微流体惯性效应来实现微米级生物粒子的浓缩。
【IPC分类】B01L3/00, G01N1/40
【公开号】CN104923323
【申请号】CN201510380399
【发明人】倪中华, 易红, 石志国, 项楠
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月2日