一種可實現(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)動下由靠近圓心的位置往外流動，因而，對于預(yù)存反應(yīng)液的芯片而言，儲液池必須存儲在靠近圓心的位置。但圓心處的空間有限，不利于芯片的緊湊設(shè)計。如果能在芯片上實現(xiàn)流體的回泵，儲液池就可以設(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氣室，通過對氣室加熱使氣體膨脹將反應(yīng)液泵回靠近圓心處的儲液池。該法受加熱速度局限，所以響應(yīng)速度較慢，同時引入熱源會對生化反應(yīng)造成一些潛在的影響，特別是對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)計了一個封閉腔，反應(yīng)液由靠.近圓心位置甩入封閉腔，使腔內(nèi)壓強增大，當(dāng)芯片減速轉(zhuǎn)動時，液體便可在該壓力的驅(qū)動下回到靠近圓心處的儲液池內(nèi)。該法結(jié)構(gòu)簡單，不需要增加任何額外的控制設(shè)備。但是反應(yīng)液進入密閉腔，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現(xiàn)的回泵結(jié)構(gòu)，該法可以快速泵回液體，并且可以實現(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現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池、外部儲液池、加壓流道及搜集池，所有結(jié)構(gòu)都設(shè)計在一張圓形盤片上，盤片固定在電機軸上。所述外部儲液池到圓心的距離大于所述原儲液池和搜集池位到離圓心的距離，原儲液池與外部儲液池之間通過導(dǎo)出流道連通。
[0005]所述加壓流道沿圓周方向設(shè)置，加壓流道連接外部儲液池和導(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，液體被注入到原儲液池，然后盤片減速，在該過程中液體在離心力的驅(qū)動下進入外部儲液池中。然后盤片以一定的角速度旋轉(zhuǎn)一段時間，使液體進入加壓流道與導(dǎo)入流道，并使液體在外部儲液池與導(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)生壓強驅(qū)動液體在導(dǎo)入流道內(nèi)上升，直至通過防回流流道進入搜集池。當(dāng)盤片加速到一定角速度時，加速度在加壓流道內(nèi)產(chǎn)生的壓強與離心力在導(dǎo)入流道內(nèi)產(chǎn)生的壓強平衡，液體將停止進入搜集池。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儲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)計與電機轉(zhuǎn)速控制相結(jié)合實現(xiàn)的，沒有增加任何外部設(shè)備，因此不會增加芯片成本。在運行過程中只是控制盤片的加減速，控制簡單，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刻開始回泵過程，同時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)簡圖
[0011]圖2是盤片旋轉(zhuǎn)角速度ω隨時間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-原儲液池、2-導(dǎo)出流道、3-外部儲液池、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。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實施例所述的一種可實現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池1、外部儲液池3、加壓流道4及搜集池7。所述原儲液池I和搜集池7位于離圓心9較近處，所述外部儲液池3位于離圓心9較遠(yuǎn)處。原儲液池I與外部儲液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連接外部儲液池3和導(dǎo)入流道5，并且較長。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，盤片順時針旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速為正。初始狀態(tài)下，液體被注入到原儲液池1，然后減速到ω2，在該過程中液體進入外部儲液池3中。tgljt2時間段為液體穩(wěn)定狀態(tài)，盤片以ω2的角速度旋轉(zhuǎn)，液體進入加壓流道4與導(dǎo)入流道5，并使液體在外部儲液池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P a R2(o1-o2)/(t2-t1) (P為液體的密度)，驅(qū)動液體在導(dǎo)入流道5內(nèi)上升，直至通過防回流流道6進入搜集池7。直到盤片加速到Q1,此時，加速度在加壓流道4內(nèi)產(chǎn)生的壓強與離心力在導(dǎo)入流道5內(nèi)產(chǎn)生的壓強P ωι2Η(Γ+Η)/2平衡時，液體將停止進入搜集池7。&到14階段為減速狀態(tài)，此時加速度會在加壓流道4內(nèi)會產(chǎn)生反向壓強，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。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實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)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項】
1.一種可實現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池(I)、外部儲液池(3)、加壓流道(4)及搜集池(7)，其特征是:所述的外部儲液池(3)與離圓心(9)的距離大于原儲液池(I)和搜集池(7)到圓心的距離，原儲液池⑴與外部儲液池(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)連接外部儲液池(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所述的可實現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，其特征是:所述原儲液池(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現(xiàn)回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池、外部儲液池、加壓流道及搜集池，所有結(jié)構(gòu)都設(shè)計在一張圓形盤片上，盤片固定在電機軸上。所述原儲液池和搜集池位于離圓心較近處，所述外部儲液池則位于離圓心較遠(yuǎn)處，原儲液池與外部儲液池之間通過導(dǎo)出流道連通。所述加壓流道沿圓周方向設(shè)置，加壓流道連接外部儲液池和導(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】CN104888873
【申請?zhí)枴緾N201510233306
【發(fā)明人】蔡晉, 李威, 劉輝, 宣旭, 曹小寶
【申請人】沈陽航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月8日