專(zhuān)利名稱(chēng)：Dna分離微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DNA或生物大分子等分離的微流控芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種新結(jié)構(gòu)，特別是具 體涉及一種前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施中，為了繪制基因圖譜，需要最大限度地拉伸DNA以提高測(cè) 序精度。借助微流控芯片的各種結(jié)構(gòu)能夠使DNA鏈產(chǎn)生一定程度的變形，從而實(shí)現(xiàn)拉伸或 分離的目的。
目前的DNA分離微流控芯片的流道結(jié)構(gòu)是直流道，這種結(jié)構(gòu)的DNA驅(qū)動(dòng)方式單一，僅 適于采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，并且為了達(dá)到一定的狄波拉數(shù)條件，需要增大外加電場(chǎng)強(qiáng)度，過(guò)大的電 場(chǎng)強(qiáng)度容易導(dǎo)致微流控芯片的變形及損壞。而且該結(jié)構(gòu)對(duì)纏繞構(gòu)型的DNA鏈無(wú)法進(jìn)行有效拉 伸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有微流控芯片結(jié)構(gòu)的不足，提供一種具有新型前置圓柱體和雙曲 線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)的DNA分離微流控芯片。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)，結(jié)合


如下
一種DNA分離微流控芯片，它包括依次連通的進(jìn)樣池l、入口流道2、雙曲線(xiàn)微收縮結(jié) 構(gòu)4、狹縫流道5、突然擴(kuò)增口6，出口流道7、廢液池8，位于雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)4之前的 入口流道2內(nèi)設(shè)有圓柱形障礙物3，圓柱形障礙物3置于微流道中心線(xiàn)上。
所述的入口流道2的長(zhǎng)度/, =1.5~10mm，入口流道2的寬度w, = 30 ~ 200 ，雙曲線(xiàn)
微收縮結(jié)構(gòu)4的長(zhǎng)度/。.二10 180tim，狹縫流道5的長(zhǎng)度/2= 0.01 1.54mm，狹縫流道5的 寬度w2 =0.01-3.8 pm ，出口流道7的長(zhǎng)度/3=1.5~10 mm ，出口流道7的寬度 w3 = 30 ~ 200 ,。
所述的雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)4的方程為以微流道中心線(xiàn)與雙曲線(xiàn)入口處的交點(diǎn)為坐標(biāo)原
點(diǎn)，<formula>formula see original document page 3</formula>其中，系數(shù)c^w乂/(2 —2w2/w，)。
x + — w
所述的前置圓柱形障礙物3的半徑可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，半徑變化范圍5pm 75 pm。
所述的前置圓柱形障礙物3的位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，其中心距離雙曲線(xiàn)微收縮結(jié) 構(gòu)4入口處的距離變化范圍為10pm~50 pm。 所述的突然擴(kuò)增口 6為直角形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是通過(guò)在流場(chǎng)或電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)作用下，DNA鏈從進(jìn)樣池進(jìn)入微流控芯片，經(jīng)過(guò)入 口流道，接觸圓柱形障礙物前半個(gè)表面時(shí)，DNA鏈沿圓柱形障礙物表面進(jìn)行一定程度的拉 伸；當(dāng)DNA鏈逐漸運(yùn)動(dòng)到圓柱形障礙物的后半個(gè)表面時(shí)，DNA鏈又會(huì)有一定程度的收縮， 經(jīng)過(guò)了預(yù)拉伸變形后，DNA沿雙曲線(xiàn)形微收縮結(jié)構(gòu)到達(dá)狹縫流道，經(jīng)過(guò)突然擴(kuò)增口進(jìn)入出 口流道，最后流入廢液池。
本發(fā)明采用圓柱形障礙物作為預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要調(diào)整圓柱形障礙物的半徑大 小、圓心相對(duì)雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)的距離等，以實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度、不同初始構(gòu)型的DNA鏈的拉 伸及分離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)既可采用流場(chǎng)驅(qū)動(dòng)又可采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，拉伸及分離對(duì)象可擴(kuò)展到任意 聚合物，具有一定的普適性。

圖1表示的是前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2表示的是DNA鏈經(jīng)過(guò)圓柱形障礙物的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模擬圖。
圖3表示的是DNA鏈經(jīng)過(guò)圓柱形障礙物的拉伸與收縮主軸示意圖。圖中，灰色實(shí)線(xiàn)表 示的是DNA的拉伸主軸，黑色實(shí)線(xiàn)表示DNA的收縮主軸。
圖4表示的是初始構(gòu)型為纏繞構(gòu)型的DNA鏈經(jīng)過(guò)單一雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模擬圖。
圖5表示的是初始構(gòu)型為纏繞構(gòu)型的DNA鏈經(jīng)過(guò)前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控 結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模擬圖。
圖6表示的是30組不同構(gòu)型的DNA在單一雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)和前置圓柱體與雙曲線(xiàn)收縮耦 合微流控結(jié)構(gòu)中平均拉伸率的對(duì)比圖。
圖中l(wèi).進(jìn)樣池2.入口流道3.前置圓柱形障礙物4.雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)5.狹縫流道 6.突然擴(kuò)增口 7.出口流道8.廢液池
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容
參閱圖l:本發(fā)明包括進(jìn)樣池l、入口流道2、前置圓柱形障礙物3、雙曲線(xiàn)微收縮結(jié) 構(gòu)4、狹縫流道5、突然擴(kuò)增口6，出口流道7、廢液池8。
設(shè)定流道尺寸如下入口流道2的長(zhǎng)度/, =1.5mm，入口流道2的寬度w, = 200 pm ，雙
曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)4的長(zhǎng)度/￡=80拜，狹縫流道5的長(zhǎng)度/^1.52mm，狹縫流道5的寬度
w2=3.8pm，出口流道7的長(zhǎng)度/3=1.5 mm，出口流道7的寬度w3 = 200 jim ，系數(shù)
c = w2/c /(2_2w2 / = 155戶(hù)2 。
在流場(chǎng)或電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)作用下，DNA鏈從進(jìn)樣池1進(jìn)入微流控芯片，經(jīng)過(guò)入口流道2，到 達(dá)圓柱形障礙物的表面3，在圓柱體障礙物3的前半個(gè)區(qū)域，DNA鏈呈現(xiàn)逐漸拉伸的狀態(tài)， 從原來(lái)的巻曲型結(jié)構(gòu)變化到拉伸展開(kāi)構(gòu)型；在圓柱體的后半個(gè)區(qū)域，DNA鏈呈現(xiàn)逐漸收縮 的狀態(tài)，從拉伸構(gòu)型重又變化到巻曲構(gòu)型。DNA鏈經(jīng)過(guò)圓柱形障礙物時(shí)的收縮-拉伸-再收縮 的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模擬圖如圖2所示，拉伸與收縮主軸如圖3所示。經(jīng)過(guò)了預(yù)拉伸變形后， DNA沿雙曲線(xiàn)形微收縮結(jié)構(gòu)到達(dá)狹縫流道，經(jīng)過(guò)突然擴(kuò)增口進(jìn)入出口流道，最后流入廢液 池。
初始構(gòu)型為纏繞構(gòu)型的DNA鏈經(jīng)過(guò)單一雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模擬圖如圖4所示； 初始構(gòu)型為纏繞構(gòu)型的DNA鏈經(jīng)過(guò)前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過(guò) 程模擬圖如圖5所示。從圖4和圖5的對(duì)比圖中可以看出，初始構(gòu)型為纏繞構(gòu)型的DNA鏈 在單一雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)中拉伸率很小，而在前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)中能夠?qū)崿F(xiàn) 較大的有效拉伸。
30組不同構(gòu)型的DNA在單一雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)和前置圓柱體與雙曲線(xiàn)收縮耦合微流控結(jié)構(gòu)中 平均拉伸率的對(duì)比圖如圖6所示。從圖6中可以明顯的看出本發(fā)明前置圓柱體和雙曲線(xiàn)收縮 耦合微流控結(jié)構(gòu)拉伸各種構(gòu)型DNA鏈的有效性。
權(quán)利要求
1、一種DNA分離微流控芯片，其特征在于包括依次連通的進(jìn)樣池(1)、入口流道(2)、雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)、狹縫流道(5)、突然擴(kuò)增口(6)，出口流道(7)、廢液池(8)，位于雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)之前的入口流道(2)內(nèi)設(shè)有圓柱形障礙物(3)，圓柱形障礙物(3)置于微流道中心線(xiàn)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA分離微流控芯片，其特征在于所述的入口流道(2)的 長(zhǎng)度A =1.5~10mm，入口流道(2)的寬度Wl = 30 ~ 200 pm ，雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)的長(zhǎng) 度^ =10~180 pm ，狹縫流道(5)的長(zhǎng)度/2 = 0.01 1.54 mm ，狹縫流道(5)的寬度 w2 =0.01 ~ 3.8 pm ，出口流道(7)的長(zhǎng)度/3=1.5~10 mm ，出口流道(7)的寬度 w3 = 30 ~ 200 ,。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DNA分離微流控芯片，其特征在于所述的雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)的方程為以微流道中心線(xiàn)與雙曲線(xiàn)入口處的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，^ = ~^~，其<formula>formula see original document page 2</formula>中，系數(shù)C二M^/(2-2W2/W》。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA分離微流控芯片，其特征在于所述的前置圓柱形障礙物 (3)的半徑可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，半徑變化范圍5tim 75 nm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA分離微流控芯片，其特征在于所述的前置圓柱形障礙物 (3)的位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，其中心距離雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)入口處的距離變化范圍為10[xm 50 pm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA分離微流控芯片，其特征在于所述的突然擴(kuò)增口 (6) 為直角形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及DNA或生物大分子等分離的微流控芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種DNA分離微流控芯片的新結(jié)構(gòu)。它包括依次連通的進(jìn)樣池(1)、入口流道(2)、雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)、狹縫流道(5)、突然擴(kuò)增口(6)，出口流道(7)、廢液池(8)，位于雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)(4)之前的入口流道(2)內(nèi)設(shè)有圓柱形障礙物(3)，圓柱形障礙物(3)置于微流道中心線(xiàn)上。本結(jié)構(gòu)采用圓柱形障礙物作為預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要調(diào)整圓柱形障礙物的半徑大小、圓心相對(duì)雙曲線(xiàn)微收縮結(jié)構(gòu)的距離等，以實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度、不同初始構(gòu)型的DNA鏈的拉伸及分離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)既可采用流場(chǎng)驅(qū)動(dòng)又可采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，拉伸及分離對(duì)象可擴(kuò)展到任意聚合物，具有一定的普適性。
文檔編號(hào)C12M1/42GK101177663SQ20071005627
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者封 冀, 左春檉, 曹倩倩 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)