一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)離心式微流控系統(tǒng)中，液體在離心力的驅(qū)動(dòng)下由靠近圓心的位置往外流動(dòng)，因而，對(duì)于預(yù)存反應(yīng)液的芯片而言，儲(chǔ)液池必須存儲(chǔ)在靠近圓心的位置。但圓心處的空間有限，不利于芯片的緊湊設(shè)計(jì)。如果能在芯片上實(shí)現(xiàn)流體的回泵，儲(chǔ)液池就可以設(shè)置在空間比較開闊的外側(cè)，以提高芯片的集成度。2010年McGill大學(xué)的Matthew C.R.等利用壓縮氣體將反應(yīng)液在芯片旋轉(zhuǎn)過程中壓回圓心處，但實(shí)際產(chǎn)品中很難集成高壓氣罐。2011年加州大學(xué)歐文分校的Kameel Ab1-Samra等在芯片上集成了一個(gè)氣室，通過對(duì)氣室加熱使氣體膨脹將反應(yīng)液泵回靠近圓心處的儲(chǔ)液池。該法受加熱速度局限，所以響應(yīng)速度較慢，同時(shí)引入熱源會(huì)對(duì)生化反應(yīng)造成一些潛在的影響，特別是對(duì)溫度敏感的生化反應(yīng)。2012年弗萊堡大學(xué)的Steffen Zehnle等在芯片上設(shè)計(jì)了一個(gè)封閉腔，反應(yīng)液由靠.近圓心位置甩入封閉腔，使腔內(nèi)壓強(qiáng)增大，當(dāng)芯片減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液體便可在該壓力的驅(qū)動(dòng)下回到靠近圓心處的儲(chǔ)液池內(nèi)。該法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要增加任何額外的控制設(shè)備。但是反應(yīng)液進(jìn)入密閉腔，一旦減速，回泵操作即開始，很難在中間加入其它操作，這給控制的靈活性帶來了困難。2012年McGill大學(xué)的Eric Salin等提出了一種用液體替換法實(shí)現(xiàn)的回泵結(jié)構(gòu)，該法可以快速泵回液體，并且可以實(shí)現(xiàn)無殘留。但該法并且體積龐大，尤其占用了芯片接近圓心處的空間，并且需要預(yù)存儲(chǔ)液體，使用不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種成本低、生化兼容性好、控制方便的可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲(chǔ)液池、外部?jī)?chǔ)液池、加壓流道及搜集池，所有結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)在一張圓形盤片上，盤片固定在電機(jī)軸上。所述外部?jī)?chǔ)液池到圓心的距離大于所述原儲(chǔ)液池和搜集池位到離圓心的距離，原儲(chǔ)液池與外部?jī)?chǔ)液池之間通過導(dǎo)出流道連通。
[0005]所述加壓流道沿圓周方向設(shè)置，加壓流道連接外部?jī)?chǔ)液池和導(dǎo)入流道。
[0006]還包括防回流流道，所述防回流流道離圓心最近處比搜集池離圓心最近處的距離要小。這樣便可以防止液體回流入導(dǎo)入流道。
[0007]所述原儲(chǔ)液池和搜集池上設(shè)有通氣孔，保證液體的注入和流通。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:初始狀態(tài)下，液體被注入到原儲(chǔ)液池，然后盤片減速，在該過程中液體在離心力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入外部?jī)?chǔ)液池中。然后盤片以一定的角速度旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，使液體進(jìn)入加壓流道與導(dǎo)入流道，并使液體在外部?jī)?chǔ)液池與導(dǎo)入流道的液面到圓心的距離相等。接著盤片加速旋轉(zhuǎn)，加速度在加壓流道內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)液體在導(dǎo)入流道內(nèi)上升，直至通過防回流流道進(jìn)入搜集池。當(dāng)盤片加速到一定角速度時(shí)，加速度在加壓流道內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)與離心力在導(dǎo)入流道內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)平衡，液體將停止進(jìn)入搜集池。最后盤片減速，為下一次回泵操作做好準(zhǔn)備。重復(fù)上述過程便可以將外部?jī)?chǔ)液池中的液體泵回搜集池中。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:利用盤片上的溝道設(shè)計(jì)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，沒有增加任何外部設(shè)備，因此不會(huì)增加芯片成本。在運(yùn)行過程中只是控制盤片的加減速，控制簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)離心式微流控系統(tǒng)完全兼容。在控制過程中可以選擇任何時(shí)刻開始回泵過程，同時(shí)還可以控制回泵液體的量，控制自由。另外避免了熱源，因此生化兼容性好。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
[0011]圖2是盤片旋轉(zhuǎn)角速度ω隨時(shí)間t的變化曲線
[0012]圖3是回泵工作流程圖，其中，(a)為初始狀態(tài)，(b)液體穩(wěn)定狀態(tài)，(C)為加速狀態(tài)，(d)為減速狀態(tài)，(e)為最終狀態(tài)。
[0013]其中1-原儲(chǔ)液池、2-導(dǎo)出流道、3-外部?jī)?chǔ)液池、4-加壓流道、5-導(dǎo)入流道、6-防回流流道、7-搜集池、8-通氣孔、9-圓心。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本實(shí)施例所述的一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲(chǔ)液池1、外部?jī)?chǔ)液池3、加壓流道4及搜集池7。所述原儲(chǔ)液池I和搜集池7位于離圓心9較近處，所述外部?jī)?chǔ)液池3位于離圓心9較遠(yuǎn)處。原儲(chǔ)液池I與外部?jī)?chǔ)液3之間通過導(dǎo)出流道2連通。加壓流道4設(shè)置在盤片的外邊緣，并通過導(dǎo)入流道5及防回流流道6連接到搜集池7。所述加壓流道4沿圓周方向設(shè)置，加壓流道4連接外部?jī)?chǔ)液池3和導(dǎo)入流道5，并且較長(zhǎng)。所述防回流流道6離圓心9最近處比搜集池7離圓心9最近處的距離要小，這樣可以防止液體回流入導(dǎo)入流道5。所述原儲(chǔ)液池I和搜集池7上設(shè)有通氣孔8，保證液體的注入和流通。
[0015]如圖1至3所示，盤片順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速為正。初始狀態(tài)下，液體被注入到原儲(chǔ)液池1，然后減速到ω2，在該過程中液體進(jìn)入外部?jī)?chǔ)液池3中。tgljt2時(shí)間段為液體穩(wěn)定狀態(tài)，盤片以ω2的角速度旋轉(zhuǎn)，液體進(jìn)入加壓流道4與導(dǎo)入流道5，并使液體在外部?jī)?chǔ)液池3與導(dǎo)入流道5的液面到圓心9的距離相等。在12到13的時(shí)間段內(nèi)，盤片從ω 2加速到W1，加速度在加壓流道4內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)P a R2(o1-o2)/(t2-t1) (P為液體的密度)，驅(qū)動(dòng)液體在導(dǎo)入流道5內(nèi)上升，直至通過防回流流道6進(jìn)入搜集池7。直到盤片加速到Q1,此時(shí)，加速度在加壓流道4內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)與離心力在導(dǎo)入流道5內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)P ωι2Η(Γ+Η)/2平衡時(shí)，液體將停止進(jìn)入搜集池7。&到14階段為減速狀態(tài)，此時(shí)加速度會(huì)在加壓流道4內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反向壓強(qiáng)，迫使導(dǎo)入流道5中的液體流出，并且加壓流道4中的液體也部分回流，但是搜集池7內(nèi)的液體不會(huì)流出。重復(fù)以上流程，最終大部分液體就被泵回到了搜集池7中。
[0016]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲(chǔ)液池(I)、外部?jī)?chǔ)液池(3)、加壓流道(4)及搜集池(7)，其特征是:所述的外部?jī)?chǔ)液池(3)與離圓心(9)的距離大于原儲(chǔ)液池(I)和搜集池(7)到圓心的距離，原儲(chǔ)液池⑴與外部?jī)?chǔ)液池(3)之間通過導(dǎo)出流道(2)連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，其特征是:所述加壓流道(4)沿圓周方向設(shè)置，加壓流道(4)連接外部?jī)?chǔ)液池(3)和導(dǎo)入流道(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，其特征是:還包括防回流流道(6)，所述防回流流道(6)離圓心(9)最近處比搜集池(7)離圓心(9)最近處的距離要小。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，其特征是:所述原儲(chǔ)液池(I)和搜集池(7)上設(shè)有通氣孔(8) ο
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種成本低、生化兼容性好、控制方便的可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片。本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是一種可實(shí)現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲(chǔ)液池、外部?jī)?chǔ)液池、加壓流道及搜集池，所有結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)在一張圓形盤片上，盤片固定在電機(jī)軸上。所述原儲(chǔ)液池和搜集池位于離圓心較近處，所述外部?jī)?chǔ)液池則位于離圓心較遠(yuǎn)處，原儲(chǔ)液池與外部?jī)?chǔ)液池之間通過導(dǎo)出流道連通。所述加壓流道沿圓周方向設(shè)置，加壓流道連接外部?jī)?chǔ)液池和導(dǎo)入流道。還包括防回流流道，所述防回流流道離圓心最近處比搜集池離圓心最近處的距離要小。這樣便可以防止液體回流入導(dǎo)入流道。所述原儲(chǔ)液池和搜集池上設(shè)有通氣孔，保證液體的注入和流通。
【IPC分類】B01L3/00
【公開號(hào)】CN104888873
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510233306
【發(fā)明人】蔡晉, 李威, 劉輝, 宣旭, 曹小寶
【申請(qǐng)人】沈陽航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日