不同冪函數(shù)（a彡1)的r和b
的數(shù)值
[0027]
[0028] 需要某一種冪函數(shù)濃度梯度時，可按如下步驟獲?。?br>[0029] (1)根據(jù)目標冪函數(shù)的冪a確定各個入口溶液的濃度，并配置相應(yīng)濃度的溶液；
[0030] ⑵當(dāng)a多1時，根據(jù)r與b的關(guān)系，由冪a得到合適的入口平均流速；當(dāng)a = 1/2 或a = 1/3時，按上述給定的取值確定入口平均流速；根據(jù)濃度梯度發(fā)生器的尺寸，計算各 個入口的流量；
[0031] (2)濃度梯度發(fā)生器的三個入口分別連接注射泵，出口連接廢液儲槽；
[0032] (3)先用蒸餾水將通道填滿，然后按步驟⑵中計算所得的流量值在入口一、二中 通入相應(yīng)的配置好的溶液，入口三中通入蒸餾水；
[0033] (4)流場穩(wěn)定后，即可完成所需冪函數(shù)濃度梯度的建立。
[0034] 所述濃度梯度發(fā)生器的制備方法如下：
[0035] (1)光刻：設(shè)計繪制微通道圖案，再將圖案輸出到膠片上，采用標準光刻技術(shù)，將 微通道圖案轉(zhuǎn)移到SU-8負光膠的硅基片模板上，堅膜處理后即形成由微通道圖案的陽模；
[0036] (2)圖形轉(zhuǎn)移：將PDMS預(yù)聚物和交聯(lián)劑按照質(zhì)量比10:1均勻混合，水平澆注到光 刻所得的SU-8模具上，放入真空箱中15分鐘除去氣泡，然后放入70°C烘箱中加熱2小時， 直至固化后取出。切割和剝離PDMS，然后用打孔器在各個入口和出口通道處打孔；
[0037] (3)鍵合：將帶有微結(jié)構(gòu)的PDMS基片與清潔并干燥處理的玻璃蓋片，用等離子機 進行永久性鍵合，從而形成封閉微通道，完成濃度梯度器芯片的制作。
[0038] 以下實施例1、2中，分流板的寬度為10 μπι ;第1級分流板的長度為209 μπι，第2 級分流板的長度為420 μ m，第3級分流板的長度為260 μ m ;主通道的寬度為400 μ m，長度 可根據(jù)需要進行調(diào)整。三入口濃度梯度發(fā)生器的高度為30 μm。
[0039] 實施例1 :線性濃度梯度的產(chǎn)生
[0040] (1)準備工作：分別配制5mg/L和2. 5mg/L的異硫氰酸熒光素（FITC)水溶液。將 三個入口分別與三臺注射泵連接，出口通道與廢液池連接。
[0041] (2)操作參數(shù)：入口 一注入5mg/L的FITC溶液，入口二注入2. 5mg/L的FITC溶液， 入口三注入去離子水。入口二流速為20 μ m/s，對于寬度為400 μ m、高度為30 μ m的濃度梯 度發(fā)生器，入口二的寬度為168 μπι，可計算得到入口二流量為6. 05nL/min。根據(jù)前述r = 0. 95-0. 41 Ina的關(guān)系，此處a = 1，可得r = 0. 95,取近似為1，即三個入口通道的流速相等。 入口一和入口三的寬度均為106 μ m，計算可得入口一和入口三的流量均為3. 82nL/min。
[0042] (3)結(jié)果獲?。簩舛忍荻劝l(fā)生器置于熒光顯微鏡下，取第3級分流板下游100 μ m 處拍照，根據(jù)熒光強度分析產(chǎn)生的濃度梯度。歸一化處理后得到的實驗結(jié)果如說明書附圖 2中的線性結(jié)果所示。
[0043] 實施例2 :y = X2濃度梯度的產(chǎn)生
[0044] (1)準備工作：分別配制5mg/L和I. 25mg/L的異硫氰酸熒光素（FITC)水溶液。將 三個入口分別與三臺注射泵連接，出口通道與廢液池連接。
[0045] (2)操作參數(shù)：入口 一注入5mg/L的FITC溶液，入口二注入I. 25mg/L的FITC溶 液，入口三注入去離子水。入口二流量仍為6.05nL/min。根據(jù)前述r = 0.95-0.411na的關(guān) 系，此處a = 2,可得r = 0. 67,即入口三的速度為13. 2 μ m/s。由此可得入口一的流速為 26. 8ym/s。入口一和入口三的寬度均為106μπι，計算可得入口一的流量為5. llnL/min，入 口三的流量為2. 52nL/min。
[0046] (3)結(jié)果獲取：將濃度梯度發(fā)生器置于熒光顯微鏡下，取第3級分流板下游100 μ m 處拍照，根據(jù)熒光強度分析產(chǎn)生的濃度梯度。歸一化處理后得到的實驗結(jié)果如說明書附圖 2中的二次曲線所示。
[0047] 實施例3 :主通道寬度為800 μ m的濃度梯度發(fā)生器的設(shè)計方法
[0048] 有時由于流量精度以及加工尺寸精度等實驗條件受到限制，需要將濃度梯度發(fā)生 器的尺寸進行縮放。此處以通道寬度放大到800 μπι為例。為了使各通道中流體混合均 勻，在流體流速保持不變的前提下，通道寬度增大為原來的兩倍時，長度應(yīng)增大為原來的四 倍。即，第1級分流板長度為836 μ m，第2級分流板長度為1680 μ m，第3級分流板長度為 1040 μ m〇
【主權(quán)項】
1. 一種三入口濃度梯度發(fā)生器，其特征在于，一端為三個入口通道，三個入口與主通道 連接；主通道中靠近入口的位置布置有一系列分流板；所述分流板是指平行于長度方向， 用于分隔流體的長條形結(jié)構(gòu)；將在長度方向上處于同一位置的分流板作為一級，一共需要 3級分流板；第1級含有2塊分流板，第2級含有4塊分流板，第3級含有8塊分流板；其中， 第一級的2塊分流板將主通道隔離成3條小通道，這三條小通道分別與三個入口通道相連； 第3級的8塊分流板在垂直于主通道的方向上均勻排列；在垂直于主通道方向上，第2級的 第塊分流板處于第3級的第塊和塊分流板的中間；第1級的第塊分流板處于第2級的第塊 和塊分流板的中間；主通道的寬度為，高度小于等于；第1級分流板的長度為，第2級分流 板的長度為，第3級分流板的長度為，分流板的寬度小于等于；第3級分流板之后為一段空 的主通道，其另一側(cè)與出口通道連接。2. -種應(yīng)用權(quán)利要求1所述濃度梯度發(fā)生器建立冪函數(shù)濃度梯度的方法，其特征在 于，具體如下：三個入口從上到下依次定義為入口一、入口二和入口三，則入口一的濃度根 據(jù)需要確定，入口三的濃度為〇,入口二的濃度根據(jù)目標冪函數(shù)確定，其值為目標冪函數(shù)在 垂直于流動方向的中點處的濃度值；其中，入口二的平均流速為20ym/s，入口一、三的流 速之和總是等于入口二流速的兩倍；當(dāng)目標冪函數(shù)的冪次a大于等于1時，入口一、二的速 度比FVVi與依賴于冪次<3的變量^ln(a)的關(guān)系如下：f〇. 95-0. 416,從而得到入口一 和入口三的流速；當(dāng)目標冪函數(shù)的冪次a=l/2時，入口一的平均流速為13ym/s，入口三的 平均流速為8ym/s;當(dāng)目標冪函數(shù)的冪次a=l/3時，入口一的平均流速為12ym/s，入口三 的平均流速為4ym/s;需要某一種冪函數(shù)濃度梯度時，可按如下步驟獲取： (1) 根據(jù)目標冪函數(shù)的冪a確定各個入口溶液的濃度，并配置相應(yīng)濃度的溶液； (2) 當(dāng)1時，根據(jù)r與站勺關(guān)系，由冪a得到合適的入口平均流速；當(dāng)a=l/2或a=l/3 時，按上述給定的取值確定入口平均流速；根據(jù)濃度梯度發(fā)生器的尺寸計算各個入口的流 量； (2) 濃度梯度發(fā)生器的三個入口分別連接注射泵，出口連接廢液儲槽； (3) 先用蒸餾水將通道填滿，然后按步驟（2)中計算所得的流量值在入口一、二中通入 相應(yīng)的配置好的溶液，入口三中通入蒸餾水； (4) 流場穩(wěn)定后，即可完成所需冪函數(shù)濃度梯度的建立。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三入口濃度梯度發(fā)生器及冪函數(shù)濃度梯度的產(chǎn)生方法，所述濃度梯度發(fā)生器包括三個入口、一個出口、一條主通道及一系列平行于主通道的分流板，用軟光刻方法制備。分流板所在的區(qū)域為不同濃度流體的混合區(qū)，共包括三級，第1級包含2塊分流板，第2級包含4塊，第3級包含8塊。分流板下游的主通道為濃度梯度的形成區(qū)。通過控制三個入口的流量及濃度，實現(xiàn)不同目標冪函數(shù)濃度梯度的建立。本發(fā)明濃度梯度發(fā)生器結(jié)構(gòu)緊湊，濃度梯度可調(diào)，調(diào)節(jié)方法簡單易行，廣泛適用于細胞定向遷移、細胞培養(yǎng)等生物、制藥及醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。
【IPC分類】C12M3/00
【公開號】CN104928178
【申請?zhí)枴緾N201510320487
【發(fā)明人】許忠斌, 黃興, 崔赟
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月11日